Антимозг: цифровые технологии и мозг - Шпитцер Манфред

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.

Новые клетки в старом головном мозге

Долгое время в нейронауке считалось догмой, что человеческие нервные клетки уже при рождении полностью сформированы. Существовало твердое убеждение, что новые нервные клетки не образуются, зато ежедневно какое-то их количество отмирает. Меня это так беспокоило, что много лет назад я решил проверить широко распространенную «народную мудрость», гласившую, что каждый день отмирает примерно 10 000 нервных клеток. Если исходить из того, что всего нервных клеток около 100 миллиардов и что ежедневно отмирают 10 000 нервных клеток, то простой расчет показывает, что при таких исходных данных человек в возрасте 70 лет утратил бы 1,3% своих нервных клеток. Эта цифра меня полностью успокоила.

С некоторых пор мы можем быть еще спокойнее: в течение 1990-х годов появилось большое количество доказательств тому, что у мышей и крыс на протяжении всей жизни вырастают новые нервные клетки; ранее это было известно только о певчих птицах.

В середине 1990-х гг. в среде нейробиологов разгорелся ожесточенный спор о том, возникают ли новые нервные клетки и у взрослых людей. Спор этот принес плоды, так как породил целый ряд исследований, которые смогли прояснить суть дела: в коре головного мозга у взрослых людей новые нервные клетки не вырастают; зато в гиппокампе (это мы с вами уже знаем!) нервные клетки очень легко отмирают, но, с другой стороны, именно здесь растут новые нервные клетки (прямо сейчас, например, у вас!).

Почему же рост головного мозга происходит в самых разных его участках, если новые нейроны вырастают только в гиппокампе? Да потому что рост головного мозга и рост новых нейронов – не одно и то же. Участки коры головного мозга растут вследствие соответствующей тренировки, но дополнительные нейроны при этом не образуются – больше становятся уже существующие нейроны: места их соединений с другими нервными клетками становятся толще; увеличиваются и разветвления древоподобных отростков. Таким образом, рост участка коры головного мозга не означает, что возникли новые нейроны, а говорит о том, что изменились уже имеющиеся.