Манфред Шпитцер - Антимозг: цифровые технологии и мозг
Следы памяти
Итак, почему природа создала синапсы? Нейробиология имеет четкий ответ на этот вопрос: потому что синапсы постоянно изменяются в зависимости от того, используют их или нет (рис. 2.7). И хотя, в отличие от мускулов, которые зримо увеличиваются в результате интенсивных упражнений, рост головного мозга после длительного умственного тренинга увидеть нельзя, в нем тоже происходят заметные изменения. Синапсы становятся толще, если их нагружают; если ими не пользуются, они хиреют и в конце концов отмирают.
2.7. Синапсы изменяют свой размер, если им дают нагрузку. Слева представлен синапс, через который раньше передавалось мало электрических импульсов. Соответственно размер его невелик. Через синапс справа проходило много импульсов, поэтому он заметно увеличился.
То, как синапсы постоянно появляются, перестраиваются, исчезают и возникают вновь, очень отчетливо показывают исследования головного мозга, проведенные в последние годы (см. рис. 2.8).
2.8. Возникновение новых синапсов благодаря интенсивному приобретению новых знаний, начатому и продолженному в течение нескольких дней. Сначала мы видим обычное состояние синапсов до начала интенсивного обучения. Однако за несколько дней усиленного умственного труда в клетках мозга образовались новые синапсы (на них указывают черные стрелки), а уже имеющиеся — исчезли (белые стрелки). Если мы учимся, то начиная с девятого дня, образуется все больше новых синапсов. Это особенно заметно на рисунках, выделенных пунктирной рамкой: здесь показано количество вновь появившихся синапсов на 12-й и 16-й день, то есть спустя четыре и восемь дней после начала интенсивного обучения.
Благодаря умственной деятельности головной мозг изменяется постоянно. А потому не забывайте, что вы не просто имеете головной мозг, подобно тому, как вы имеете сердце или две почки. Дело в том, что вы и есть ваш головной мозг! В этом отношении ваш головной мозг — самый главный орган вашего тела. Знаю, знаю: ваш кардиолог то же самое говорит про сердце, а что говорит ваш уролог, я и упоминать не хочу. Каждый врач-специалист занимается «своим» органом, и для него он самый важный. Кто же прав? А прав я, потому что ваш головной мозг — единственный орган, при трансплантации которого (предположим, это было бы выполнимо) вы охотнее стали бы донором, нежели реципиентом. Если вам пересаживают новое сердце или почку, то после операции вы остаетесь тем, кем были прежде. Если же вам пересадили бы донорский мозг, то после операции проснулся бы донор, посмотрел бы в зеркало и удивился, что он выглядит в точности как вы. А вы сами перестали бы существовать! Ибо то главное, что составляет вас, — вовсе не телесная оболочка, а ваша жизнь, ваш опыт и все то, что отложилось в вашем головном мозге.
Математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц знал об этом еще более 300 лет назад. Он придумал (почти одновременно с Ньютоном и независимо от него) интегральное математическое исчисление, при котором складывают бесконечное множество бесконечно малых величин — и тем не менее получают четкий результат, например 17,3 или 29,7. При этом о головном мозге человека он знал только одно: что этот орган находится в черепной коробке (и это не удивительно, ведь открытия нейронов и синапсов надо было дожидаться еще долгие годы). Тем не менее Лейбниц установил, что в головном мозге происходит много чего такого, чего мы, с одной стороны, не понимаем, но что, с другой стороны, имеет крайне важное значение.
Не имея никакого понятия о механизмах работы головного мозга, исключительно путем размышлений и расчетов, он разработал концепцию «малых перцепций» («малых восприятий»). Он предположил, что бессознательные «малые восприятия» подобны дифференциалу: только бесконечно большое их число, будучи суммированным, дает конечную, то есть различимую нами, величину, тогда как каждое «малое восприятие», взятое в отдельности, не достигает порога сознания. Тем самым он открыл бессознательные процессы и описал природу обучения и суть индивидуальности человека. Лейбниц был первым в мире нейроинформатиком!
Ваша жизнь, чувства, мысли и поступки оставляют следы в вашем головном мозге — следы памяти, как их называют вот уже больше ста лет. Насколько хорошо подходит это определение, стало окончательно ясно только благодаря современным нейронаукам. Как мы уже знаем, электрические импульсы проходят через нервные соединения (синапсы), и чем больше этих импульсов, тем активнее возникают новые синапсы и с каждым разом проводят импульсы лучше и лучше. Многочисленные импульсы «протаптывают дорожки» через ваш головной мозг. Эти «тропинки» реальны, то есть представление о них не является теоретическим построением. Формирование таких следов в течение последних десятилетий активно изучают биологи, а сам процесс образования «тропинок» назвали нейропластичностью. Однако для этого феномена есть и вовсе простое название: обучение.
2.9. Готфрид Вильгельм Лейбниц — первый нейроинформатик. Титульный лист его трактата, в котором ученый впервые опубликовал свои рассуждения.
Тот, кто в жизни много учился (не зубрил, а именно обдумал и мысленно переработал), у того в головном мозге много следов, позволяющих легко ориентироваться в мире и эффективно действовать. О таких людях говорят: он обладает высоким интеллектом.
Умственный упадок
Слово «деменция» — производное от латинских слов de (вниз) и mens (разум). Дословное его значение — умственный упадок. Это важно, потому что при любом упадке продолжительность и протекание процесса зависит от начальной его точки. Тому, кто стоит на песчаной дюне на берегу моря и начинает спуск до уровня моря, много времени не понадобится. Но тот, кто начинает спуск с вершины Эвереста, будет еще долго находиться на большой высоте (несмотря на то что он неуклонно спускается вниз).
Аналогичные процессы происходят и при деменции. Здесь умственная работоспособность снижается в конечном итоге потому, что нервные клетки отмирают. Из целого ряда исследований, посвященных самым различным формам разрушения нервных клеток, нам известно, что процесс отмирания для самого человека, как правило, идет незаметно.
Функционирование нейронных (то есть состоящих из нервных клеток) сетей можно моделировать в цифровом виде. Такие модели объективно показывают, что нейронные сети при отмирании отдельных нейронов ведут себя совсем иначе, чем, например, компьютер при отказе отдельных узлов. Если компьютер более не работает, мы говорим: рухнула система. Другими словами, он не выходит из строя постепенно, как, например, ваш диван в гостиной (никто не говорит: «мой диван обрушился»), а прекращает работать мгновенно. Цифровые модели нейронных сетей ведут себя по-другому. Они, как правило, все еще функционируют без видимых изменений, даже когда 70 % нервных клеток уже отказали. Начиная с этого момента, функция резко снижается, но и при 85 % дефектных нервных клеток она все еще до некоторой степени сохраняется. Только когда более 90 % нервных клеток разрушено, сеть функционирует совсем слабо, и скоро ее работа прекратится совсем.
Точно так все происходит и с реальными нейронами в головном мозге. Сегодня мы знаем, что при заболеваниях головного мозга, при которых оказываются уничтоженными его нервные клетки, явные повреждения существуют уже задолго до появления первых симптомов. При болезни Паркинсона — заболевании определенных нервных клеток, отвечающих за контроль движений тела, — первые симптомы (тремор, акинезия и мышечная ригидность) появляются, как правило, лишь тогда, когда отмерло уже намного больше половины этих специфических нервных клеток.
В предыдущей главе мы уже видели, что на ранней стадии болезни Альцгеймера недугом затронута лишь малая часть головного мозга, и лишь позже заболевание распространяется на весь головной мозг. Исходя из этого, можно хорошо представить себе (и тому есть соответствующие доказательства), что распад нервных клеток начинается задолго до того, как появляются субъективно заметные и объективно доказуемые симптомы болезни. Говорят также о когнитивной резервной мощности, которой человек обладает и к которой он может прибегать, когда его основные ресурсы истощаются. Чем больше эта резервная мощность, тем позднее проявится умственный упадок. Она однозначно зависит от того, насколько хорошо головной мозг был тренирован до упадка.
2.10. Умственный упадок и симптоматика деменции
Эта иллюстрация нуждается в пояснении: в нашем головном мозге не обрабатывается все и везде — определенные участки специализированы на определенных функциях. Как уже упоминалось, гиппокамп имеет ключевую функцию в формировании новых содержаний памяти — именно его болезнь Альцгеймера затрагивает уже на очень ранней стадии этого заболевания. Если функция гиппокампа снижается, новые содержания не откладываются в памяти столь же хорошо, как прежде. Например, пожилой человек точно знает, что подавали на стол на его свадьбе, но не может вспомнить, что он ел вчера на обед. Это — одно из типичных проявлений начинающегося слабоумия. Память о далеких по времени событиях еще сохраняется, а новые факты, напротив, не запоминаются. Другая особенность гиппокампа заключается в том, что в нем (в отличие от почти всех остальных отделов головного мозга) на протяжении всей жизни вырастают новые нервные клетки.
