Айзек Азимов - Человеческий мозг
Хотя передний мозг достиг у человека весьма внушительных, можно сказать, ошеломляющих размеров, из этого отнюдь не следует, что весь мозг состоит из переднего мозга. Под передним мозгом расположены средний мозг и задний мозг. Средний мозг у человека сравнительно мал и располагается вокруг узкого канала, который соединяет третий и четвертый желудочки. Выглядит средний мозг как толстый тяж, который направляется вертикально вниз от области таламуса. Внизу средний мозг заканчивается мостом, который назван так потому, что соединяет средний мозг с главной частью заднего мозга, в самой нижней части мозга располагается продолговатый мозг. Средний мозг, мост и продолговатый мозг вместе образуют структуру, похожую на ствол, идущий вниз и слегка назад от полушарий большого мозга. Создается впечатление, что большой мозг покоится на этих нижележащих отделах, словно плод, балансирующий на стволе.
По этой причине рассматриваемые в этой главе структуры мозга так и называются - ствол головного мозга. По мере продвижения вниз ствол становится тоньше и в конце концов, проходит через большое затылочное отверстие, покидая полость черепа и переходя в спинной мозг, вступая в канал, образованный позвоночником. У верхнего края большого затылочного отверстия ствол головного мозга сливается со спинным мозгом.
Сзади и сверху к стволу примыкает мозжечок, расположенный непосредственно под задней оконечностью полушарий большого мозга. У примитивных позвоночных этот участок мозга является частью заднего мозга. Подобно большому мозгу, мозжечок продольной щелью делится на две половины, которые называются полушариями мозжечка. Полушария соединяются между собой особой структурой, которую хорошо видно сзади. Это продолговатое сегментированное образование, которое из-за своего вида получило наименование червя. Так же как и в большом мозге, внутри мозжечка находится белое вещество, а серые нервные клетки расположены на его поверхности, формируя кору мозжечка. Кора мозжечка образует более мелкие и плотно упакованные извилины, а щели между ними расположены параллельными продольными линиями.
Каждое полушарие мозжечка соединено со стволом головного мозга тремя ножками, состоящими из нервных волокон. Самая верхняя ножка соединяет мозжечок со средним мозгом, следующая с мостом, а самая нижняя - с продолговатым мозгом. Через ножки мозжечок также соединяется наверху с большим мозгом, а внизу - со спинным мозгом.
Ствол мозга управляет по большей части автоматическими мышечными движениями. Например, при стоянии мы активно пользуемся мышцами, чтобы наши ноги и спина удерживали нас в вертикальном положении, невзирая на силу тяжести. Мы не осознаем эту активность, но если стоим долго, то начинаем ощущать усталость, а если мы потеряем сознание стоя, то мышцы, которые преодолевают силу земного тяготения, расслабятся, и мы рухнем на землю.
Если бы мы были вынуждены сознательно управлять своими мышцами при стоянии, чтобы не упасть, то стояние превратилось бы в деятельность, которая заняла бы все наше внимание, и мы стали бы не способны заниматься ничем больше. Но это не так, к большому счастью, должен добавить. Стояние дается нам без всяких сознательных усилий. В результате мы можем занимать свой мозг в это время другими проблемами. В итоге мы, если того требуют обстоятельства, можем легко стоять, блуждая в дебрях познания. Ни один человек не падает оттого, что его ум чем-то отвлечен. Этот автоматический контроль мышц, ответственных за стояние, управляется из центра, расположенного в стволе мозга, особенно в той его части, которая представляет собой тесно переплетенные участки белого и серого вещества, что придает этому участку сетчатый вид, почему вся структура называется ретикулярной зоной. Именно здесь фильтруется сенсорная информация в системе, которую мы уже обозначили как ретикулярную активирующую систему.
Конечно, мы не собираемся стоять вечно. Для того чтобы мы смогли сесть, мышцы, ответственные за стояние, должны расслабиться. Это осуществляется по команде из базальных ганглиев, расположенных над стволом мозга, которые посылают мышцам соответствующие импульсы. Эти импульсы позволяют телу упасть, но упасть медленно и управляемо, причем так, чтобы в результате принять положение сидя. Если мозг экспериментального животного перерезать между большим мозгом и стволом мозга, то эти расслабляющие импульсы из базальных ганглиев уже не смогут достичь мышц. В результате у животного развивается постоянная, необратимая ригидность всех мышц. Война с гравитацией становится перманентной и бескомпромиссной.
Стояние отнюдь не статично, как может показаться с первого взгляда. Человеческое тело находится при стоянии в относительно нестабильном положении, так как центр тяжести у человека расположен высоко над землей и покоится на двух, близко расположенных друг от друга опорах. (Большинство других позвоночных имеют четыре опоры, а центр тяжести у них расположен низко над землей.) Следовательно, если человек вздумает стоять не шевеля ни единым мускулом, то его свалит на землю любой толчок в плечо. В обычных реальных условиях человек автоматически изменит направление и мощность усилий, чтобы противодействовать силе, стремящейся свалить его на землю. Он расставит ноги и отпрянет назад. Если он и упадет, то только после борьбы.
Силы, которые стремятся вывести человека из равновесия, действуют постоянно. Если не найдется доброго приятеля, который решит испытать, насколько прочно вы стоите, то вы сможете самопроизвольно менять местоположение центра тяжести - потянуться, привстать на цыпочки, наклониться вперед. Вы можете выдержать напор порыва сильного ветра. Короче говоря, вы всегда стремитесь упасть в ту или иную сторону, а мышцы туловища и ног постоянно корректируют свое напряжение, чтобы удержать вас от падения.
Опять-таки здесь существует тесная связь между стволом мозга и базальными ганглиями. Общее положение тела относительно силы притяжения оценивается структурами внутреннего уха, будут обсуждаться в этой книге в соответствующей главе. Нервные импульсы из внутреннего принимаются в стволе головного мозга и воспринимаются в стволе головного мозга и в базальных ганглиях. Кроме того, импульсы от суставов постоянно поступают по активирующей ретикулярной формации в тот же ствол мозга, так что там определяется, какие мышцы надо бить, а какие - напрячь, так чтобы сохранить надежное равновесие.
Это не причиняет нам никакого беспокойства более того, постоянная необходимость из мышечного напряжения для сохранения равновесия оказывается чрезвычайно полезной. Если мы представим себе человека в состоянии идеального равновесия, то увидели бы, что одни и те же мышцы должны находиться в постоянном неизменном напряжении. В этом случае очень наступит утомление. При постоянной корректировке положения тела в разное время в игру вступают разные мышцы, и каждая имеет шанс отдохнуть, пока другие находятся в напряжении. Действительно, когда мы вынуждены долго стоять на одном месте, мы, преувеличивая естественные движения, начинаем самопроизвольно менять положение, смещая в разных направлениях центр тяжести своего тела. Мы делаем это, переминаясь с ноги на ногу или смещая вес в части тела.
Ходьба представляет собой вывод тела из состояния равновесия рывком вперед. В следующий момент мы выносим вперед ногу, чтобы поймать свое падающее тело и вновь придать ему равновесие. Научиться ходить - стоящий подвиг для маленького ребенка, первых попытках он бросается вперед, не задумываясь о последствиях, и, если его внимание чем-нибудь отвлекается, он падает.
Однако ходьба требует ритмических движений. Одни и те же мышцы то сокращаются, то расслабляются, образуя фиксированный паттерн, который повторяется снова и снова с каждым шагом. Со временем контроль над ходьбой полностью переходит к стволу мозга, который поддерживает постоянство движений рук и ног, не требуя нашего сознательного участия в этом процессе. Мы можем идти и одновременно увлеченно беседовать или с большим интересом читать книгу.
Постоянная смена утраты и обретения равновесия во время стояния и ходьбы требует участия механизмов обратной связи. Так, если тело вышло из состояния равновесия и если базальные ганглии начали изменять степень напряжения мышц, чтобы восстановить равновесие, то чувствительные импульсы должны восприниматься ганглиями в каждый данный момент времени, чтобы сигнализировать мозгу о выходе из равновесия в этот момент для того, чтобы базальные ганглии успели подготовить к сокращению нужные мышцы (это и есть обратная связь). Таким образом, организм должен обладать способностью заглядывать в будущее.
Причину этого можно лучше понять, если прибегнуть к механической аналогии. Если вы делаете поворот на автомобиле, то должны начать поворачивать рулевое колесо до того, как входите в поворот, поворачивая его все больше и больше, по мере вхождения, пока поворот руля не достигнет максимума в середине поворота. Если бы вы вошли в поворот с неповернутым рулевым колесом, то вам пришлось бы поворачивать очень круто. То же самое, только в обратном порядке, происходит на выходе из поворота. Вы должны начать выправлять руль до того, как начался выход из поворота, то есть в самой его середине, и поворачивать руль надо так, чтобы он придал колесам прямое положение там, где поворот кончается. Если бы вы начали крутить баранку, когда вышли на прямой отрезок пути, то, чтобы не врезаться в бордюр, вам пришлось бы очень быстро выправлять положение машины, резко поворачивая руль в противоположном направлении.
