Мозг и его потребности 2.0. От питания до признания

Удовлетворение потребностей происходит за счет того или иного поведения.

Самый простой тип поведения – рефлексы (реакции на стимулы).

Стимул, как известно, вызывает ответ, реакцию.

В простейшем случае, для того чтобы удовлетворить потребность в еде, нужно реализовать пищеварительный рефлекс. Такие рефлексы запускаются вкусовыми, тактильными, обонятельными, зрительными стимулами. Представьте: вы идете по улице, и тут ваши ноздри улавливают запах свежеиспеченных пончиков – маслянистых, посыпанных сахарной пудрой… Скорее всего, слюнки потекут, даже если вы не очень любите пончики и считаете их вредным фастфудом.

В мозге – как разных животных, так и в человеческом – можно найти врожденно установленные, сформированные цепочки нейронов – рефлекторные дуги. Прикосновение к губам младенца вызывает сосательный рефлекс – он тут же начнет причмокивать. А если на язык ему капнуть чем-нибудь горьким или кислым, например лимонным соком, то он станет отменно плеваться. То, что младенец отлично умеет, с одной стороны, сосать мамину грудь, а с другой – плеваться (умудряясь еще орать при этом, как будто вопрошая: «Родители, что за гадость вы мне подсунули?»), показывает, насколько это важные врожденные программы поведения.

Если мы посмотрим на мир животных, то подобных рефлекторных дуг – когда от стимула возбуждение по цепочке нейронов доходит до движения, до реакции внутренних органов – обнаружим очень много. При этом важно, какую конкретно пищу ест существо того или иного биологического вида. Поэтому на входе в пищевые программы у хищников, у растительноядных или насекомоядных находятся весьма разные органы чувств. Вначале часто срабатывают так называемые дистантные сенсорные системы, которые издали, на дистанции идентифицируют потенциальную пищу. Животные видят, чуют или слышат свою добычу.

Например, родиться самцом соловья, кузнечика или лягушки в нашем мире довольно рискованно. Если вы в любовном порыве поете, стрекочете или квакаете – тем самым выдаете свое местоположение. На это у многих хищников, например у проходящего мимо кота, срабатывают врожденные рефлекторные дуги: «Ага, еда сама о себе сообщает!». Это все равно что запустить рекламную кампанию «Съешь меня!».

Когда хищник схватил добычу, когда коза дотянулась до ветки с листьями, у них начинают функционировать контактные сенсорные системы, первым делом – тактильная. Необходимо потрогать, что досталось, похоже ли это на настоящую еду. А в конечном итоге добро дает вкусовая система. Вкус – это последний контроль качества и химического состава пищи и, соответственно, момент окончательного решения – съедобная или несъедобная эта штука, которая уже находится в ротовой полости.

Членистоногие, например бабочки, часто настроены на определенный вид пищи. Будучи гусеницей, бабочка запоминает вкус и запах того растения, которое ест. После чудесного преображения бабочка старается отложить яйца на такое же растение. Получается, что она идентифицирует свою пищу по памяти, то есть уже у членистоногих существует своеобразный аналог культурной передачи информации.

У рыб все тело покрыто вкусовыми рецепторами. У рыб-хищников рефлекс схватывания добычи очень ярко выражен. Например, щука реагирует на зрительный образ жертвы, прекрасно детектирует движение и рассчитывает траекторию броска. Она подплывает, подплывает, а потом кидается на свою жертву с полуметра. Щука ест все, что шевелится в воде. Если поместить в одну банку щучку и несколько других рыбок, то через небольшой отрезок времени в банке останется только щучка. И часто хвост последней рыбки, уже не поместившейся в желудок, будет торчать у нее изо рта. Щучка ничего не может с собой поделать, потому что нападение и глотание – ее важнейшая врожденная программа. Так что не стоит лишний раз болтать ногой в водоеме, где водятся крупные и хищные рыбы. И рыбаку палец в рот щуке совать не стоит: желание, как в сказке, она все равно не исполнит.

У нас почти все вкусовые рецепторы собраны в ротовой полости, хотя часть из них расположена еще и по ходу желудочно-кишечного тракта. Человеческий детеныш врожденно очень мало что знает про свою еду. Визуально молоко он не идентифицирует, но на вкус определит как что-то сладковатое и белковое. У младенца работают тактильные рецепторы вокруг губ и вкусовая система. А дальше запускается сосательный рефлекс. Замечательные пухлые младенческие щечки – это на самом деле мышцы, которые нужны для того, чтобы высасывать молоко – прекрасный источник энергии и питательных веществ – из материнской груди. У младенцев этот рефлекс работает надежно к всеобщей радости и умилению.

Рефлексы – очень интересная сфера и, если идти по этапам эволюции (филогенезу) – говорить о червях, моллюсках, членистоногих, разнообразных позвоночных, – можно подобрать сотни примеров рефлекторного пищевого поведения.

Рефлексы являются самым «поверхностным» и легко наблюдаемым уровнем деятельности нервной системы.

Но более сложные проявления пищевого поведения, конечно, связаны с внутренним состоянием мозга. Уже в XVII веке величайший французский ученый и мыслитель Рене Декарт, который первым описал рефлекторный принцип работы мозга, отмечал, что поведение человека – это не одни рефлексы. Если копнуть чуть глубже, мы обнаружим круг явлений, попадающих в сферу работы центров потребностей, активируемых эндогенно, то есть изнутри организма.

Наличие запускающего внешнего стимула в такой ситуации оказывается даже не обязательным. Мы можем убрать сенсорное звено, оставить только вставочные нейроны (интернейроны), которые, собственно, и принимают решение о запуске разных реакций. Потребность возникает тогда, когда внутри мозга нарастает некое состояние, например чувство голода.

Одно дело – вы увидели конфету и тут же запихнули ее в рот, даже если есть вам совсем не хочется. Это рефлекс на «вкусняшку», причем возникший в ходе обучения. И совсем другое дело – когда внутри организма происходит активация потребности и кора больших полушарий начинает снизу, из гипоталамуса, получать сигналы типа: «Мне есть хочется, я голоден, давай хоть что-нибудь пожуем». В какой-то момент эта потребность завладевает поведением, и мы начинаем думать, осталась ли в холодильнике колбаса и надо ли в магазин за хлебом. Причем активация центра потребности зависит от гормонального фона и сигналов от внутренних органов.

Часть процессов активации тоже вписывается в понятие рефлекторных дуг. Например, сигналы от пустого желудка можно воспринимать как особого рода сенсорные стимулы, которые рефлекторно усиливают пищевое поведение. Запуск действия изнутри организма (сигналами от системы внутренней чувствительности) – очень характерный компонент работы центров многих потребностей.

Классификация П. В. Симонова включает примерно два десятка разных потребностей. А наш мозг – арена конкуренции поведенческих программ, соответствующих этим потребностям. Внутри нас (точнее, внутри миндалины и ассоциативной лобной коры) в каждый момент времени они выясняют, кто главнее. Если вы пришли послушать чью-то лекцию, то, наверное, любопытство у вас в тот момент являлось ведущей потребностью (по крайней мере, на это всегда надеется спикер), но в какой-то момент вам захочется есть, спать или в туалет, и тогда начнут проявлять себя уже другие программы. Вы вспомните, что в рюкзаке у вас завалялась шоколадка, и сосредоточиться на теме лекции будет уже сложнее.

Конкуренция потребностей – дело обычное. Понятно, что пищевое поведение выигрывает конкуренцию, когда очень хочется есть. Но когда желудок наполнен и больше не лезет, оказывается, что свобода, новизна впечатлений, общение с друзьями – тоже значимы, и золотая клетка с массой вкусненького уже не радует…

Как уже упоминалось, центры различных потребностей в мозге каждого из нас установлены с неодинаковой яркостью. Это зависит от ДНК родителей, от ряда пренатальных событий, эпигенетики, гормонов и т. д., и все это является основой нашей личности и проявлений темперамента.

Кто-то более свободолюбив и ставит независимость превыше остального. Для кого-то очень важно быть лидером и завоевывать авторитет. Кто-то более любопытен и с детства штудирует энциклопедии «Все обо всем», предпочитая книги дворовому футболу. В итоге возникает некое уникальное сочетание разных потребностей, уникальный сложный баланс двух десятков базовых программ, во многом являющийся основой нашей личности. От этого сочетания зависит не только темперамент, но и способность к обучению, адаптации к окружающей среде, выбор профессии, круга общения, а в итоге – всего жизненного пути.

Центр пищевой потребности, центр голода

Где же находятся совокупности нейронов, отвечающие за биологические потребности? Ответ «В древних структурах мозга» – не всегда справедлив. Известны ситуации, когда соответствующие нервные клетки обнаруживаются в относительно новых с точки зрения эволюции зонах. Например, это нейросети, в состав которых входят зеркальные нейроны.

Но пищевая потребность действительно является очень древней функцией, поскольку еда необходима абсолютно всем и всегда. Мы не можем питаться «энергией солнца» и «святым духом», что бы ни говорили самые просветленные йоги и монахи-отшельники. Без энергии и строительных материалов даже одноклеточные организмы не способны существовать. Уже в ганглиях червей мы находим что-то вроде центров голода – они как минимум усиливают двигательную активность. Например, если червяку стало голодно (во внутренней среде его организма уменьшилась концентрация питательных веществ), он начинает бодрее ползать по окрестностям в надежде встретить какой-нибудь источник калорий.

Рис. 2.1. Схема поперечного среза головного мозга человека (вид снизу). Отмечены верхняя и нижняя части промежуточного мозга (таламус и гипоталамус), а также миндалина (относится к базальным ганглиям конечного мозга). Хорошо видна боковая борозда и находящаяся на ее дне островковая кора. Скопление серого вещества над миндалиной – двигательные области базальных ганглиев. На верхней схеме отмечен гиппокамп (также см. рис. 3.2 в главе 3)

В нашем с вами мозге наиболее значимые нейросети, связанные с пищевой потребностью, находятся в гипоталамусе – нижней половине промежуточного мозга, а точнее в его средней части (серый бугор гипоталамуса) (рис. 2.1).

Второй значимой для пищевого поведения зоной является структура, которая называется миндалина, на латыни – amygdala. Эта парная структура относится к базальным ганглиям и располагается в височных долях больших полушарий, в их глубине. Взаимодействие этих мозговых структур направляет многие потребности, в том числе пищевую.

В случае пищевой потребности первую скрипку играет гипоталамус, а миндалина занимает роль контролирующего и поддерживающего центра.

Факторы, запускающие пищевое поведение

Что активирует поведенческие программы, связанные с пищевой потребностью?

1. Прежде всего, это сенсорные сигналы из внешней и внутренней среды. В случае голода это запах и вид пищи, требования пустого желудка, концентрация глюкозы в крови. Существует большой набор стимулов, активирующих пищевое поведение. Какие-то из них заданы врожденно, большинство же – результат обучения. Как мы уже говорили, для человека большинство пищевых программ – приобретенные. Например, вы очень любите мороженое-пломбир с изюмом в вафельном стаканчике. Вероятность, что вы не пройдете мимо него гораздо выше, чем если бы, например, вам на глаза попался лимонный щербет. Ваша любовь к данному виду мороженого – приобретенная программа.

2. Гормональный фон. Существует несколько ключевых гормонов, которые связаны с голодом и питанием, и порой именно они служат виновниками расстройств пищевого поведения.

3. Гены, наследственность – особенность, перешедшая от родителей. Кто-то врожденно более склонен к активному поеданию пищи и перееданию, кто-то менее. Если в вашей семье приняты широкие застолья с десятью видами салатов и горячего – и непременно нужно все заполировать десертом, – вероятно, вы скопируете (вспомним зеркальные нейроны) привычку питаться именно так.

4. Индивидуальная история. Этот процесс подразделяется на две фазы: пренатальную и постнатальную. К пренатальной относится то, что случилось, когда вы еще были в животе у мамы. Именно во время эмбрионального развития формируется множество нейросетей с жестко (врожденно) заданными свойствами. В итоге то, как себя ощущала мама во время беременности, как и чем питалась, какой у нее был уровень стресса, болела или не болела она инфекционными заболеваниями и т. д., оказывается очень важным фактором. Постнатальная фаза – это то, что случилось уже после вашего рождения.

Психогенетические исследования, которые начались еще в XIX веке со сравнения монозиготных и дизиготных близнецов, для очень многих характеристик нашей личности, в том числе связанных со сферами потребностей и темперамента, дают весьма однотипную картину:

• примерно на 50 % наши личностные установки зависят от генов;

• на 25 % – от пренатального развития;

• на 25 % – от постнатальных событий.

Получается, что в нас столько всего закладывается генетически и пренатально, что потом изменить, скорректировать это воспитанием, влиянием общества или собственной силой воли бывает крайне непросто. В обычной размеренной жизни мы легко подчиняемся окружающей среде и правилам социума. Но если наступают серьезные испытания и мы оказываемся в трудном положении, то тут из нас того и гляди «полезет» истинная сущность. Этот сюжет очень любят литераторы и кинематографисты, которые в своих произведениях так и норовят загнать людей в экстремальную ситуацию и показать, какие они «на самом деле». Так тихоня превращается в супергероя, а всеобщий любимчик – в труса и предателя.

Если вернуться к пищевой потребности, известно, например, что, если мама плохо питается во время беременности, ребенок после появления на свет будет склонен к перееданию.

Он еще не родился, но уже в курсе: «Еда в этом мире – большой дефицит…».

А что же кесарево сечение? Ведутся обширные исследования, вредно ли оно для ребенка и как эта процедура сказывается на его дальнейшем поведении. Мнений по этому поводу не счесть – примерно как о пользе или вреде кофе. Например, солидный американский журнал в 2016 году опубликовал статью о связи кесарева сечения с риском ожирения во взрослом возрасте. Утверждается, что если ребенок появился на свет таким способом, то в него не попадает нужный набор бактерий, которые дальше должны способствовать работе кишечника малыша. В итоге, из-за того что у ребенка не такая, как надо, микробиота, то есть сообщество микроорганизмов (прежде всего бактерий) толстого кишечника, он будет с большей вероятностью склонен переедать и набирать вес. Дети, появившиеся на свет при помощи кесарева сечения, на 64 % чаще страдали ожирением, чем их братья и сестры, рожденные классическим способом.

Отсюда вывод: не стоит бояться кесарева сечения, но нужно использовать микробиоту матери. Исходя из теории «вагинального посева» (с которой, впрочем, не все согласны), ребенку надо нанести смазку с соответствующей части тела матери на лицо или губы. Сейчас, кстати, микробиота – популярнейший объект исследования, и анализ того, что живет в кишечнике успешных людей, гениев, выдающихся музыкантов, предпринимателей и ученых, интересует абсолютно всех. Хотя на самом деле еще в XIX веке практиковалась технология, когда больные из высшего общества получали клизмы с микробиотой «совершенно здоровых крестьян».

Центры мозга, отвечающие за пищевое поведение

Вернемся к гипоталамусу. Он состоит примерно из 80 отдельных групп ядер с разными функциями, и в этом смысле он – очень сложная по устройству структура. В других областях мозга, например, в таламусе, который находится чуть выше, между ядрами, решающими разные задачи, есть прослойки аксонов (белое вещество), и это четко видно на срезах. Вот одно ядро, вот – другое и т. д. В гипоталамусе же все ядра незаметно переходят друг в друга, их границы анатомически не очевидны, и определить их можно лишь при оценке функций нейронов. Гипоталамус требуется еще изучать и изучать, тем более, что добираться до его центров тяжело: вживлять электроды надо очень глубоко в мозг (и главное – не промахнуться).

Давайте вспомним, что:

• средняя часть гипоталамуса в большей степени связана с голодом и жаждой;

• передняя – с половым и родительским поведением;

• задняя – с проявлениями страха и агрессии.

Действительно, если мы рассмотрим среднюю зону гипоталамуса, то обнаружим здесь не просто нейроны, связанные с голодом, но две конкурирующие области. Одну можно условно обозначить как, собственно, центр голода, другую – как центр пищевого насыщения, и они постоянно поддерживают друг друга. Как же это понять – одновременную поддержку и конкуренцию?

Системы с взаимным торможением двух центров довольно часто встречаются в мозге, они позволяют сохранять стабильность внутреннего состояния (гомеостаз). Если какой-то из блоков мозга вдруг начинает избыточно активироваться, его конкурент и оппонент говорит: «Эй-эй, потише, успокойся!»

Такие контуры существуют и на уровне небольших нейросетей, и на уровне взаимодействия макроструктур: центры сна и бодрствования, положительных и отрицательных эмоций, сгибания и разгибания конечностей. И для победы одного из центров, например голода, нужны серьезные дополнительные сигналы. Если их нет, мы спокойны и чувство голода не отвлекает нас от других дел. В этот момент центры насыщения (вентромедиальный гипоталамус) временно побеждают.

Но если «загорелась сигнальная лампочка», что в крови мало глюкозы и падает концентрация инсулина, если пустой желудок сообщает: «Мои стенки слишком сжались!» – тогда активируется латеральное ядро гипоталамуса, в наибольшей степени связанное с голодом, и пищевая потребность начинает побеждать. Чем дольше длится это состояние, тем выше уровень возбуждения, тем активнее гипоталамус «стучится» в лобную кору больших полушарий и требует изменений поведения. «Ну сколько можно сидеть за компьютером, поди уже сделай себе бутерброд!»

А дальше мы имеем дело с очень индивидуальной ситуацией: для кого-то эти сигналы совершенно невыносимы, сразу возникают негативные эмоции – человек становится раздражительным, не может спокойно работать. А кто-то в состоянии терпеливо ждать времени обеда или ужина.

Важнейшим показателем здесь является концентрация глюкозы в крови. В идеале она составляет около 0,1 %. Эта цифра важна прежде всего для мозга, для работы всех его нервных клеток. Дело в том, что наши нейроны, во-первых, потребляют очень много глюкозы. Мозг – самая активная часть организма и «ест» больше всего энергии. Во-вторых, нейроны совершенно не умеют делать запасы. Вот, скажем, мышечные клетки – вполне «хозяйственные товарищи» и способны откладывать глюкозу впрок (это происходит в форме молекул гликогена). И в случае, когда мы давно не ели, они просто используют эти «закрома». А расточительные нервные клетки это делать не умеют. Они все время, каждую секунду, берут глюкозу из крови. Поэтому если ее концентрация будет отличаться от привычной 0,1 %, пойдет вниз или вверх, скажем, на четверть или треть, – мозгу это совсем не понравится.

При низком уровне глюкозы можно упасть в голодный обморок. Если ее будет слишком много, нервная система перевозбудится, и это может вызвать ее болезненное состояние.

Когда мы едим, концентрация глюкозы в плазме крови повышается, поджелудочная железа это замечает и выделяет инсулин. На фоне инсулина все клетки начинают быстро усваивать глюкозу. В итоге ее уровень не должен подняться намного выше «правильного» 0,1 %.

Если мы по какой-то причине давно не ели, то в организме включаются дополнительные механизмы стабилизации. Например, печень начинает выбрасывать свой запас глюкозы (она хранится там, как и в мышечных клетках, в форме полимера гликогена). Причем на фоне снижения концентрации глюкозы в крови инсулин вообще перестает выделяться. Его отсутствие – сигнал всем клеткам организма не трогать глюкозу. То есть мышцы, почки, кожа без инсулина эту всеобщую «вкусняшку» не берут. На это имеет право только мозг. Нервные клетки продолжают потреблять глюкозу, но ее концентрация в крови все-таки продолжает падать. Вот тут-то и срабатывает центр голода.

При уровне глюкозы заметно меньше 0,1 % мы начинаем на субъективном уровне чувствовать дефицит пищи, и чем ниже показатель – тем желание поесть сильнее. Возникает настоятельная пищевая потребность, сигналы гипоталамуса становятся все «громче», и даже очень разумное существо, занятое самыми возвышенными размышлениями о судьбах мира, скорее всего, бросит это благородное занятие и пойдет к холодильнику. Потому что это важно – без глюкозы мозг быстро перейдет в плохое функциональное состояние, и никакие возвышенные размышления (c точки зрения гипоталамуса и миндалины) того не стоят.

Итак, получается, что снижение концентрации глюкозы и инсулина в крови подтормаживает центры насыщения и активирует центр голода («Я хочу есть!»). Повышение работает наоборот – тормозит центр голода («Я не хочу есть, давай займемся чем-то другим») и активирует центр насыщения.

Очень важным фактором (помимо химического состава крови) являются сигналы от пустого желудка. Отсутствие еды в желудке означает, что стенки его не растянуты. В тканях желудка есть специальные нервные волокна, которые на это реагируют, и сигнал по ним уходит в центр голода.

Поэтому вот вам популярный лайфхак: если вы хотите есть, а под рукой ничего нет или вы героически сидите на диете, – чтобы заглушить чувство голода, надо попить.

Причем лучше пить не газированную воду, а обычную, потому что пузырьки тоже возбуждают стенку желудка, а это вам ни к чему. Если вы выпьете стакан воды, может быть, это поможет на несколько минут. Не подействует – выпейте еще один стакан. Но в конце концов все равно придется съесть хотя бы яблоко или морковку, чтобы заполнить пустоту в желудке и «удовлетворить» те вкусовые рецепторы, которые находятся непосредственно в его стенках.

Существует операция – резекция, – когда хирурги удаляют у особо тучного человека часть желудка, уменьшая тем самым его объем. Или хотя бы устанавливают на желудок кольцо, которое не дает ему слишком растягиваться, и пациент действительно начинает меньше есть. Зачастую это спасает жизни.

Еще один вариант обмана рецепторов желудка – съесть некую псевдопищу, например таблетки из целлюлозы. По сути, это кусочки прессованной туалетной бумаги. Не удивляйтесь! Человек глотает такую таблетку, она разбухает внутри, как памперс, и желудок ощущает: «Я что-то съел». При этом сигнал от него в мозг о чувстве голода становится слабее. В принципе, это может помочь некоторым людям контролировать свой процесс питания – никакого вреда целлюлоза не приносит.

Современная медицина сейчас предлагает вживлять в тело специальные электроды, которые подавляют электрические сигналы, идущие от желудка к мозгу, чтобы за счет таких хирургических имплантационных техник сдерживать ощущение голода. Похоже, от кибербудущего нам никуда не деться!

Если с центром голода или насыщения что-то случается, то пищевое поведение животного или человека радикально меняется.

Классические эксперименты еще в середине прошлого века проводились на кошках. Одним из них намеренно разрушали центр голода, а другим – центр насыщения. Если уничтожить латеральный гипоталамус, центр голода, то сигналов о дефиците пищи вообще не возникает. И кошка просто не хочет есть – никогда, становится дистрофичной, поскольку у нее не запускаются программы пищевого поведения. И хоть миску со сливками перед ней ставь, хоть колбасу – это никак не привлечет ее внимание. А животные с разрушенным центром насыщения будут есть, пока влезает и пока переполненный желудок не начнет подавать болевые сигналы, – но все равно останутся голодными. Буквально – будет есть, пока не лопнет.

Иногда недоношенные дети рождаются с такой дисфункцией гипоталамуса, когда они не хотят есть и не плачут от голода. Мама сначала радуется: «О, какой тихий и спокойный достался!» – а потом, естественно, начинает тревожиться. В этом случае надо просто кормить младенца по часам и не забывать делать это регулярно. К счастью, сосательный рефлекс в любом случае срабатывает, даже если выключен центр голода («аппетит приходит во время еды»). Как правило, через два-три месяца гипоталамус у недоношенного младенца наконец созревает, и блок пищевого поведения начинает работать нормально.

Еще один вариант нарушений наблюдается, когда у взрослого человека происходит микроинсульт в центре голода. Микроинсульты в частности и инсульты вообще – это события, которые выключают какие-то области мозга. Они бывают разными. Например, когда сосуд забивается тромбом, какая-то часть мозга перестает получать кислород и выключается – это более легкий вариант, называемый ишемический инсульт. Хуже – геморрагический инсульт, когда сосуд лопается, и кровь, вытекая, повреждает окрестные нервные клетки. Удивительно, но для нейронов кровь – ядовитая жидкость: в ней много белков со свойствами пищеварительных ферментов. Даже порвавшийся микрососуд может вызвать довольно заметное изменение поведения, в частности, выключение чувства голода. И наоборот: если микроинсульт случится в зоне, связанной с пищевым насыщением, – вентромедиальном ядре, – тогда человек или животное постоянно будет ощущать сильнейший голод, у него возникает патологический аппетит и набор веса.