Мозг и его потребности 2.0. От питания до признания

Для запуска локомоции субталамус передает сигналы к центрам передних и задних конечностей (рук и ног – у человека), которые находятся в шейных и поясничных сегментах спинного мозга. Кора больших полушарий без проблем управляет субталамусом – это произвольный контроль локомоции. Также на него влияют центры различных потребностей, в том числе исследовательской, а еще эмоции и даже стресс.

Поисковое поведение открывает программы удовлетворения многих наших нужд. И наоборот, отсутствие поиска – это чаще всего нехорошо. Этот случай, кстати, хорошо описывает русская пословица: «Под лежачий камень вода не течет». Для того чтобы исполнилась ваша «хотелка», нужно пошевелиться: поднять себя и куда-то пойти. Хотя бы изменить свою локализацию в пространстве, а это невозможно без ритмичного сгибания и разгибания конечностей.

Субталамус оказывает на центры передних и задних конечностей спинного мозга общее тоническое воздействие. Пока млекопитающее или человек неподвижен, активность нейронов субталамуса мала: не больше 10–20 импульсов в секунду. В тот момент, когда из субталамуса начинают поступать импульсы с частотой 30–40 Гц, включается шаг, представляющий собой сгибание и перенос вперед последовательно каждой из четырех (или в нашем случае двух) конечностей.

Если понаблюдать, как вышагивает кошка или собака, мы увидим, что все начинается, как правило, с одной из задних лап. Сперва задняя правая лапа перемещается вперед и встает на опору, перенося тело в пространстве. Потом движется передняя лапа с той же стороны, затем задняя левая, передняя левая. И без каких либо пауз цикл запускается вновь – опять движется задняя правая, передняя правая – и так по кругу. Точнее, «по восьмерке». Вот так и нервное возбуждение движется «по восьмерке», чтобы перемещаться в пространстве, – и животное идет. Отличный слаженный «марш» конечностей! Замкнутый контур «задняя правая → передняя правая → задняя левая → передняя левая» – врожденная локомоторная программа. Эти связи с момента появления на свет функционируют в спинном мозге, и сигнал только переходит с центра на центр. Из головного мозга (из субталамуса) поступает лишь общая активирующая команда.

Эти древние программы работают у всех наземных позвоночных, начиная с амфибий (например, тритонов). Есть они и у человека. Именно поэтому мы машем руками, когда ходим, причем рука немного отстает от ноги. Эти движения, от которых человеку нет никакой видимой пользы, являются, по сути, физиологическим рудиментом. Они достались нам от наших четвероногих предков и возникают, поскольку «по восьмерке» активируются центры спинного мозга. Можете провести эксперимент и пройтись на четвереньках, начав движение с задней правой ноги. Так сказать, прильнете к далеким корням.

Если вы захотите не махать руками при ходьбе, придется тратить на это дополнительную нервную энергию – концентрировать свое внимание: «Держи руки вдоль тела, держи руки вдоль тела». В общем, проще махать, чем не махать. Вот так люди и ходят, демонстрируя свою неизменную принадлежность к миру древних четвероногих.

Шаг – это самый медленный способ локомоции. Существуют другие, более быстрые варианты перемещения в пространстве. При дальнейшей активации субталамуса до частоты разрядов 50–70 Гц спинной мозг дает команду перейти на рысь, и организм начинает одновременно сгибать заднюю и диагональную переднюю лапы. То есть правая задняя сгибается и отталкивается от опоры одновременно с левой передней; потом также одновременно срабатывают левая задняя и правая передняя; а потом цикл повторяется. При частоте разрядов 80–100 Гц начинается еще более быстрый аллюр – галоп, при котором одновременно сгибаются и разгибаются две задние, а потом две передние конечности, плюс мощно работает спина. Если вы хоть раз смотрели передачу о дикой природе, где показан, например, стремительный бег гепарда, вы живо себе это представите.

Люди из-за своей двуногости нормально галопировать не способны, поэтому даже наши олимпийские чемпионы в спринте бегают рысью – их руки совершают диагональные движения по отношению к ногам. Хотя, когда маленькие дети учатся ползать и бегать на четвереньках, они пробуют все перечисленные аллюры, ведь все эти замкнутые нейронные контуры врожденно существуют в нашем спинном мозге. Галопирование у человека – это бег в мешках. Попрыгайте с двух ног и обратите внимание, как синхронно (и в противофазе к ногам) будут двигаться ваши руки. А еще есть стиль плавания, который называется баттерфляй. Это, по сути, галоп в воде – вот на такое мы способны. Дельфины и киты тоже плавают галопом (прыжками), изгибая тело сверху вниз, – ведь их предки когда-то были сухопутными, но однажды решили вернуться в океан. А вот рыбы так не могут – они плавают, изгибаясь в горизонтальной плоскости: у их предков никогда не было опыта хождения по твердой земле.

Поговорим немного о конкуренции потребностей. Итак, есть любопытство и положительные эмоции, которые возникают, когда мы узнаем что-то новое. Но при этом, поскольку одновременно работают центры других потребностей, любопытство зачастую может вступать с ними в конфликт. Оно конкурирует с ленью и, что тоже часто встречается, с оборонительным поведением: вроде интересно, но страшно; страшно, но все-таки интересно.

Например, услышав невдалеке звуки драки, человек автоматически оценивает баланс между любопытством и потенциальной опасностью. «Точка равновесия» такого баланса индивидуальна для каждого конкретного мозга: один пойдет, рискуя получить по голове, а другой поспешит ретироваться. Соотношение между тревожностью и стремлением к новизне – очень важная личностная характеристика. Психологи предложили модель «Большой пятерки», в которой структура личности рассматривается через призму экстраверсии, невротизма, доброжелательности, добросовестности, а также открытости опыту. Первый и особенно последний факторы очевидно связаны с исследовательским поведением, любопытством; второй – с программами страха и тревоги.

Соотношение исследовательских и оборонительных программ можно изучать и на экспериментальных животных. Существуют специальные тесты, которые используют физиологи и фармакологи, чтобы оценить действенность лекарственных препаратов, уменьшающих тревожность (транквилизаторов).

Один из тестов выглядит так: есть платформа в виде знака «плюс» – крестообразный лабиринт, подвешенный на высоте 1 метра. Два противоположных рукава лабиринта прикрыты с боков экранами, и в них относительно темно и комфортно, эдакие укромные местечки. Два других рукава лишены боковых стенок (то есть открыты) и ярко освещены. Если посадить крысу в самый центр, то сначала она уходит в темный отсек: там она чувствует себя в безопасности. Но, поскольку крысы любопытны почти так же, как и люди, животное довольно быстро начинает посещать открытые рукава. Ей там интересно, но все-таки страшно. И когда смелость кончается, крыса опять прячется в один из темных отсеков. Тест длится 10 минут, и по тому, сколько времени грызун провел в темных и светлых отсеках, определяется уровень тревожности животного. И чем он выше, тем меньше времени крыса проводит в светлых рукавах – не хочется ей быть на виду. Если же ей дать препарат, уменьшающий тревожность, – транквилизатор (или, иначе, анксиолитик), она может стать более «оптимистичной» и больше времени проводить на открытых рукавах. Теперь они кажутся ей более безопасными, а значит, их можно изучать и обнюхивать. Все это исследователи оценивают, проводя статистический анализ не одного, а, как правило, нескольких десятков грызунов. И опираясь на результаты, могут рекомендовать ту или иную молекулу транквилизатора для дальнейших испытаний в клинике.

С использованием уменьшающих тревожность препаратов важно не переборщить, поскольку если сделать существо абсолютно бесстрашным, ему будет нехорошо. В нас должен сохраняться разумный баланс исследовательского и оборонительного поведения: бежать на любой шум «с шашкой наголо» попросту опасно. Как и крысе быть всегда на виду – пусть не в лаборатории, но в естественных условиях. Хорошие транквилизаторы очень аккуратно уменьшают именно тревожность, а любопытство само по себе не активируют. В случае эксперимента на крысах мы видим, что баланс смещается и животные действительно больше времени находятся на светлых рукавах – но все же не постоянно.

У людей стремление собирать новую информацию, как и любая другая потребность, может быть выражено «в пределах нормы», но иногда проявляется слишком слабо. В этом случае мы говорим: «Этого товарища вообще ничем невозможно заинтересовать, перед ним такой интересный мир, а ему все равно». Бывает и наоборот: желание новизны приобретает слишком активированную форму, и тогда человек становится непоседливым: поработал на одной работе и бросил, когда стало скучно. Ищет другую и тоже бросает. Пожил в одном городе – приелось, переехал в следующий. Такие люди могут в конце концов стать бродягами, потому что вообще не нуждаются в какой-либо стабильности. Перемещение в пространстве для них – важнейший источник положительных эмоций, вдобавок оно сцеплено с тягой к свободе. В психиатрии это называется дромомания, то есть патологическое стремление к перемене мест и бродяжничеству.

Им овладело беспокойство, / Охота к перемене мест… – писал А. С. Пушкин про Онегина. Значит, и у Евгения был приступ дромомании.

Если рассматривать с этой точки зрения русские народные сказки, то, конечно, классическим «непоседой» является Колобок, который и от бабушки ушел, и от дедушки ушел. И вообще старался побыстрее отовсюду укатиться, пока дело не кончилось лисьей пастью. Тем не менее Колобок вызывает у нас симпатию своей непосредственностью, неуемным любопытством и стремлением убежать куда-то за горизонт…

Структуры мозга, обеспечивающие поисковое поведение

Гиппокамп и кратковременная память. Новую информацию, которая проникает в мозг во время поискового поведения, например во время обхода и исследования новой территории, оценивает прежде всего гиппокамп – очень важная структура, часть старой коры больших полушарий и главнейший центр кратковременной памяти.

Благодаря гиппокампу поисковое поведение подкрепляется положительными эмоциями, если приносит новую информацию.

Находится гиппокамп у нас в глубине височной доли (рис. 3.2, вверху).

У человека в височных долях правого и левого полушарий расположены два гиппокампа. Аксоны нейронов каждого из них собираются в специальную структуру, которая называется свод. Информация по своду, переключаясь в промежуточном мозге, в конце концов достигает новой коры больших полушарий. А поступает она в гиппокамп также из новой коры, переключаясь сначала в поясной, а затем в зубчатой извилине.

Рис. 3.2. Структуры больших полушарий, участвующие в исследовательском поведении: гиппокамп, поясная извилина, прилежащее ядро. Схема внизу позволяет четче представить, что гиппокамп – это парная структура, расположенная в глубине височной доли

Гиппокамп является важнейшим центром кратковременной памяти. В нем находится множество нейронов, которые реагируют на эмоционально значимые и новые сигналы таким образом, что нейросети, использующие свод, записывают сведения об этих сигналах на несколько часов. Это еще можно назвать «памятью текущего дня», которая начинает формироваться с утра, а ночью, во время сна, как правило, стирается. Тогда гиппокампальная информация либо перезаписывается в долговременную память, либо, если значимость ее невелика, пропадает совсем. Накануне после работы вы забежали в магазин у дома за молоком. Утром оно вам не понадобилось, вы вообще забыли, что ходили в продуктовый, и сегодня вечером пошли туда снова. Теперь у вас два пакета молока. От обиды на самого себя мозг сгенерировал эмоции. И завтра вы про молоко уже, скорее всего, не забудете.

Исходно гиппокамп в ходе эволюции возникает именно как структура, связанная с локомоцией и перемещением в пространстве. Изначальная его функция – это запомнить траекторию движения. Например, вышло животное из норки и пошло сначала прямо, потом немного направо, потом опять прямо, а дальше немного налево. Именно это записывается в гиппокампе, для того чтобы в случае необходимости можно было быстро вернуться домой и желательно – кратчайшим путем.

Гиппокамп возник именно для записи пространственной памяти. У лягушек и ящериц он в основном только этим и занимается. На уровне птиц и млекопитающих гиппокамп уже начинает работать со зрительными и слуховыми сигналами.

Появляется гораздо больше сенсорных входов, но все равно важнейшей характеристикой событий и стимулов, которые записываются в гиппокампе по ходу дня, является, конечно, новизна. В нем в первую очередь сохраняется незнакомая эмоционально значимая информация. Вот если бы вы пошли за молоком не в магазин у дома, где бываете по несколько раз в неделю, а в какой-то новый продуктовый – вы бы это лучше запомнили.

Гиппокамп в поперечном срезе похож на морского конька. Ippos в переводе с греческого языка означает «лошадь, конь». У нейроанатомов прошлых веков вообще была очень причудливая фантазия, они иногда весьма неожиданно называли всякие структуры. На рис. 3.2 внизу изображены два гиппокампа человека и их своды. Что характерно для гиппокампа как структуры, связанной с новизной и кратковременной памятью?

Во-первых, у него довольно небольшая информационная емкость, что характерно, кстати, и для компьютеров: у них оперативная память обычно гораздо меньше, чем постоянное запоминающее устройство. Например, 8 Гб оперативки против 500 Гб памяти устройства. Разница существенная – вот и у нас так же. Гиппокамп – это наша оперативная память. Поэтому ее может не хватить, например, на запоминание материала третьей или четвертой лекции за день. Первая воспринимается со свежей головой, на второй уже могут начаться проблемы. Эту особенность еще называют эффектом музея.

Представьте себе, что вы пришли в Эрмитаж или даже в Лувр, ходите по залам и любуетесь картинами, скульптурами, интерьером. Вначале вам все кажется прекрасным, вызывает интерес и восторг. Так проходит час или два, на третий вам становится хуже, и скоро полотна Рубенса и Тициана начинают сливаться в однотипные цветастые пятна, да простят меня эти великие художники. Уже хочется куда-нибудь уйти, например в буфет за бутербродом или пирожным. Конечно, мозг у всех разный, и у некоторых счастливчиков такие замечательные гиппокампы, что эти любители прекрасного могут и пять, и шесть часов ходить по Лувру, а перед ужином забежать еще в галерею-другую. Но это – редкое исключение, и обычно пары часов в музее хватает «выше крыши».

Несколько слов о деятельности гиппокампа и сновидениях. Наши сны, по всей видимости, в значительной мере являются результатом ночной переработки информации гиппокампом.

Как мы уже говорили, информация в гиппокампе обычно хранится в ходе текущего дня, а ночью она либо переписывается, либо теряется. Как если бы человек написал текст в программе Word, а потом забыл сохранить файл и выключил компьютер. И этот документ пропал. Примерно так же с гиппокампом: для того чтобы информация записалась надолго, необходимо нажать кнопочку Save. Это значит, что из гиппокампа информация должна переписаться в долговременную память, а это уже другие зоны мозга – прежде всего нейросети новой коры. Сновидения, которые мы видим, часто являются следствием такой функции гиппокампа: перезаписи кратковременной памяти в долговременную. Чем интересней был день, тем больше сновидений у нас ночью и тем дольше длится так называемая парадоксальная фаза сна.

А теперь о гиппокампе и нейронных «картах местности». Для организма новизна – это хорошо, ведь осваиваются и изучаются неизведанные территории, и в мозге возникают их «отражения» (латентное обучение). Но слишком много новизны – плохо: если животное уходит очень далеко, растет риск заблудиться.

В 2014 году именно за работы с гиппокампом и связанными с ним структурами (прежде всего – энторинальной корой), которые «строят карты местности», была вручена Нобелевская премия по медицине и физиологии: «За открытие системы нервных клеток, которая позволяет ориентироваться в пространстве». Доказано, что гиппокамп содержит «нейроны места» и участвует в запоминании траектории движения. Энторинальная кора (зона недалеко от обонятельных центров) накладывает такую траекторию на систему координат, привязанную к глобальным ориентирам и сигналам от системы мышечной чувствительности (оценка длины пройденного пути). Говоря проще, гиппокамп выступает в роли заброшенного на остров Робинзона, который составляет карту острова: «Вон там гора, у подножия растут бананы. Правее горы есть водоем с пресной водой». Энториальная кора же – это навигатор, который сообщает: «От текущей геопозиции до подножия горы ты прошел три километра на северо-восток».

И когда два этих блока информации соединяются, мозг получает возможность сократить дорогу, причем не только «обратно», но и «туда». «Если пройти прямиком через джунгли, путь до бананов сократится до полутора километров». Это позволяет экономить силы, более эффективно уходить от опасности и преследовать добычу.

Впрочем, все, как всегда, несколько сложнее, и наряду с гиппокамп-зависимыми формами пространственного обучения выделяют гиппокамп-независимые (в том числе наблюдаемые в клинике при двустороннем повреждении «морского конька»).

Манипуляция с предметами

Переходим к третьему варианту исследовательского поведения – манипуляции с предметами. Очевидно, что для того, чтобы это делать, нужна рука. В основе термина «манипуляция» лежат латинские слова – manus (рука) и pleo (наполняю).

Человек не просто проходит мимо предмета и осматривает его со всех сторон, а берет в руки, начинает вертеть, раскручивать, разламывать. Это очень важное умение человека и человеческого мозга. Такое же свойство есть у обезьян и еще у енотов-полоскунов: они много взаимодействуют с предметами, их пальцы и кисть очень ловкие.

Манипуляция – эволюционно новый вариант исследования мира. Информация генерируется путем взаимодействия с предметами за счет воздействий на объекты окружающей среды. При этом мы смотрим, что делаем, а также ощущаем кожей особенности поверхности – металл на ощупь совсем не такой, как камень или дерево. Идет обработка в зрительной и тактильных зонах новой коры, сравнение реальных и ожидаемых результатов деятельности.

Стремление ребенка все раскрутить, разобрать и посмотреть, что внутри, – очень важная врожденная программа. Вы, конечно, можете ругать его за то, что он ломает игрушки, но, пожалуйста, не нужно перегибать палку. Если ругать ребенка слишком сильно, можно вообще отбить у него охоту к исследовательскому поведению. А потом сетовать на то, что ему ничего не интересно.

Надо понимать: если ребенок что-то ломает, это не столько его злой умысел, сколько проявление активности важнейшей врожденной программы сбора новой информации. Нужно снисходительно и с пониманием относиться к таким формам поведения.

Для того чтобы рука совершала какие-то движения, требуется участие лобной доли коры больших полушарий. Манипуляции с незнакомыми предметами – это еще один тип произвольных движений: новых и в новых условиях. Лобная доля управляет ими, используя сенсорный – зрительный и тактильный – контроль.

Выделяются следующие этапы любого произвольного движения (см. рис. 7.3 в главе 7):

1. Выбор общей программы (цели) движения: ассоциативная лобная кора.

2. «Разбиение» программы на совокупность входящих в ее состав движений: премоторная кора (поле 6 по классификации К. Бродмана[4]).

3. «Разбиение» движений на сокращения отдельных мышц и запуск этих сокращений: моторная кора (поле 4).

Поле 4 соседствует с центральной бороздой и идет сверху вниз по заднему краю лобной доли; поле 6 находится непосредственно перед полем 4. Вместе они составляют двигательную кору, о которой говорилось в главе 1.

Получается, что сигнал о запуске произвольного движения распространяется по лобной доле спереди назад и проходит три достаточно четкие стадии. Простейший вариант манипуляции: вы хотите, например, взять книгу с полки и поднести ее к глазам, чтобы лучше рассмотреть. Этапы реализации этой двигательной программы будут таковы:

1. Сначала должна активироваться сама программа. Возникает потребность взять предмет, происходит глобальная постановка задачи: «Вон та книга с синей обложкой, интересно» – этим занимается ассоциативная лобная кора, самая передняя часть лобной доли.

2. Программа должна превратиться в цепочку движений. Чтобы взять книгу, надо сначала разогнуть руку и дотянуться до полки, разжать пальцы, потом сжать их, захватив предмет, и согнуть руку – этим занимается премоторная кора. Она превращает программу в комплекс движений, часть из них реализуется последовательно, часть – параллельно.

3. Моторная кора превращает каждое из движений в набор мышечных сокращений разной силы и скорости. Для того чтобы разогнуть руку и потянуться, нужно одновременно задействовать плечевой, локтевой и лучезапястный суставы, около десятка мышц и тысячи мотонейронов. Эти мотонейроны и управляемые ими мышечные волокна должны работать синхронно, скоординированно.

Когда ребенок только учится двигаться, в том числе шевелить руками, кистью, пальцами в первые месяцы жизни, для него даже простейшие движения очень сложны. Ему нелегко полностью разогнуть суставы, дотянуться до чего-нибудь. Например, для малыша попасть по погремушке – это небольшой мозговой подвиг, потому что огромное количество нервных клеток должно сработать в правильном порядке. Вдобавок это движение происходит с учетом тактильных сигналов и оповещений от системы мышечной чувствительности: растяжение мышц, сухожилий, углы поворота суставов.

В итоге тонкое движение, так называемая мелкая моторика, оказывается сложной задачей, которую успешно способен решать только весьма развитый мозг. Но даже после того, как человеку удалось дотянуться до предмета, основная часть «шоу», можно сказать, только началась.

Контроль успешности выполнения выбранной программы действий в большой степени осуществляет поясная извилина – важнейшая область лимбической доли коры больших полушарий.

Реализовав движение, мы собираем информацию о его результатах, и дальше поясная извилина начинает их оценивать.

Поясная извилина (см. рис. 3.2) находится на внутренней поверхности больших полушарий над мозолистым телом. В ней, судя по всему, происходят основные процессы сравнения «ожидания и реальности» от итогов текущего поведения.

Мы наконец-то взяли с полки заветный томик, но ухватились за него неудобно, книга оказалась тяжелее предполагаемого – и вот она готова выскользнуть из пальцев и упасть на пол. Эту новую информацию оценивает прежде всего поясная извилина. Она реагирует на то, что произошло нечто необычное.

Дальше именно она способна влиять на покрышку среднего мозга, которая подкрепляет исследовательское поведение, создает позитивный эмоциональный фон для того, чтобы мы продолжили исследовать предмет. Поясная извилина в значительной степени обеспечивает сравнение реальных (информация от органов чувств) и ожидаемых (память о предыдущих успешных реализациях программы) результатов поведения. В сильно упрощенном виде алгоритм ее работы можно описать так:

1. Уровень совпадения достаточно высок, мы взяли книгу так, как и ожидали, – крепко и удобно. В этом случае ассоциативная лобная кора получает рекомендацию продолжать программу. Параллельно сигнал поступает в центры положительных эмоций. Например, если, несмотря на приличный вес, книгу удалось удержать в руках, она стала ближе к нам, да и уже видно, что обложка симпатичная, и сейчас мы ее полистаем. Победа!

2. Уровень совпадения низок, ухватились неудачно, книга слишком тяжелая. В этом случае сигнал от поясной извилины поступает в центры отрицательных эмоций. Одновременно ассоциативная лобная кора получает рекомендацию по коррекции программы; например, что нужно задействовать вторую руку. Если это не поможет и книга таки упадет, негативные эмоции усилятся и ассоциативная лобная кора может вообще отказаться от выполнения программы. В примере с книгой такое, конечно, вряд ли случится – вы спокойно ее поднимете и продолжите рассматривать. Но бывают случаи, когда вы и правда готовы махнуть рукой: «Не очень-то и хотелось!». Например, потянулись за спелой сливой на ветке дерева, а она упала и расплющилась о землю…

Отрицательные эмоции могут возникнуть и тогда, когда с таким трудом добытый артефакт не оправдывает ожиданий: кроме большого веса у него не обнаруживается ничего нового, необычного. Оказывается, у вас есть дома точно такая же книга, вы просто не узнали ее по корешку. Вы почувствуете легкое, но разочарование.

Знак и конкретные параметры эмоций, в генерации которых участвует поясная извилина, весьма сильно зависят от темперамента человека: холерик, сангвиник, меланхолик и флегматик будут реагировать на описанную выше ситуацию совершенно по-разному. Например, холерик, у которого упала книга, легко может продемонстрировать агрессию: «Дурацкая книженция, чтоб тебя!». Еще и топнет. Меланхолик расскажет о приступе отрицательных эмоций и мыслях вроде: «Вот я растяпа, даже книжку с полки нормально взять не могу». Сангвиник больше всех обрадуется случившемуся: «Ух ты! Какая тяжеленная, аж в руках не удержал!». Флегматик может вообще не придать значения произошедшему, его мозг и поясная извилина не генерируют эмоции по мелким поводам.