Химия и жизнь 2014 №7

Бериллиевое зеркало для спутника. Производство ОАО «Композит»

Уэбб, запуск которого намечен в 2018 году. Оно состоит из 18 шестигранных секций, каждая размером 1300 мм. В России изготовлены зеркала для китай- ско-российского метеоспутника Feng Yun-3 (2008) и китайско-бразильского спутника дистанционного зондирования Земли СВЕRS (третий спутник серии погиб при запуске в 2013 году, четвертый полетит в 2016 году). Из бериллия методом высокоточного литья делают и ажурные корпуса телескопов. Такой корпус весит в три раза меньше, чем титановый, и уже несколько лет успешно работает в космосе. Бериллиевые крупногабаритные, размером до полутора метров, платформы служат для размещения навигационных и информационных приборов на спутниках: бериллий обеспечивает неизменность их взаимных координат при переменных температурах ближнего космоса. Одновременно существенно снижается вес. Например, на российском спутни- ке-ретрансляторе типа «Альтаир» при

Бериллиевый отражатель для реактора ATR (Advanced Test Reactor) в Айдахо. Производство компании «Brush Wellman Inc.», США

Рабочие монтируют бериллиевую оболочку исследовательского термоядерного реактора JET (Joint European Torus) в Оксфордшире. До пуска ИТЕРа это — самый большой термоядерный реактор для исследований. Производство компании «Brush Wellman Inc.», США

массе бериллиевой платформы 17 кг был достигнут выигрыш в массе в 12 кг по сравнению с титаном.

Чтотакое«бериллиевоеизлучение»?

В начале 30-х годов немецкие физики Вальтер Боте и Герберт Беккер, бомбардируя бериллий альфа-частицами, обнаружили очень слабые, но обладающие значительной проникающей силой лучи: они проходили через слой свинца толщиной несколько сантиметров. Вскоре Джеймс Чедвик доказал, что это поток электрически нейтральных частиц. Так был открыт нейтрон. А бериллий показал себя прекрасным генератором нейтронов, в этом качестве его используют и по сей день.

Зачем бериллий в ядерной технике?

У бериллия уникальное сочетание двух ядерных характеристик: наименьшее эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и высокий коэффициент рассеяния нейтронов. В результате он прекрасно замедляет быстрые нейтроны, а тепловые отражает назад, в зону реакции. С учетом высокой жаростойкости и теплоемкости бериллий стал незаменимым материалом для отражателей в компактных ядерных реакторах. Благодаря ему удается уменьшить размеры активной зоны, повысить рабочую температуру, снизить до минимума потери нейтронов и увеличить мощность реактора. Такие лабораторные реакторы работают во многих странах: на них исследуют действие излучения на вещество. Без бериллия невозможно создавать бортовые ядерные источники энергии космических аппаратов, мощность которых может достигать 0,5 кВт. Используют бериллий и в оболочках ТВЭЛов для атомных электростанций, правда, там он в виде оксида служит скорее не как замедлитель нейтронов, а защищает уран от коррозии: оксид бериллия вы-

Элемент №…

держивает очень высокие температуры, химически инертен, а наведенная радиация бериллия мала.

В каком гигантском устройстве нельзя обойтись без бериллия? Ему нет альтернативы в качестве материала для облицовкивнутреннейстенкитермоядерного реактора. В этом реакторе возникает мощный поток быстрых нейтронов. Их нужно замедлить, а кинетическую энергию превратить в тепло. Хороших замедлителей кроме бериллия известно два: углерод и тяжелая вода. Углерод в термоядерном реакторе, который топят дейтерием, невозможен — он превратитсявметан.Воданевыдержитвысоких температур. Остается только бериллий. Разработчики проекта ITER рассчитали, что для него потребуется около 1 000 000 облицовочных плиток из бериллия, на что нужно не менее 50 тонн заготовок. Такоеколичествозаготовокиплитоквозможноизготовитьтолькоприкооперации нескольких стран, в которой достойное место занимают предприятия России.

Какой еще есть фантастический проект с использованием бериллия?

Таким проектом можно назвать идею «атомной иглы» для исследования глубин Земли (см. «Химию и жизнь», 2014, № 3). Атомная игла — это миниатюрный атомныйреактордиаметромвсего60см. Реактор должен быть заключен в теплоизолирующийфутляризоксидабериллия стяжелымвольфрамовымнаконечником. Сильный нагрев за счет выделяемого реактором тепла (свыше 1100°C) расплавит скальные породы, и реактор станет погружаться в них. На глубине примерно 32 км тяжелое вольфрамовое острие отделится, а реактор, став более легким, чемокружающиеегопороды,всплыветна поверхность,взявпробыснедостижимых покаглубин.Другойпроектболеереален: у бериллия наряду с малым весом очень высокая теплота образования и он выделяет много энергии при сгорании, поэтомуэтотэлементможетстатьнеплохим компонентом топлива для космических полетов.

«Химия и жизнь», 2014, № 7, www.hij.ru

1 Пластинчатый кристалл кальцита, 4 см.

Дальнегорск, Приморский край

а

б

Рис. 1

Кристалл папиршпата: c — пинакоид, m — гексагональная призма

6 Кальцит, 7 см. Чифенг, Внутренняя Монголия, Китай

Мысленно разрежем кристалл перпендикулярно штриховке и проследим за ростом папиршпата в текущем мимо него пересыщенном растворе, на рис. 2а показанном тонировкой. Кристалл выхватывает из раствора ближайшие частицы и усваивает их, но благодаря течению обедненный раствор немедленно обновляется. Это так называемый кинетический режим питания, при котором каждая грань кристалла растет с той скоростью, с какой адсорбирует частицы строительного материала: призма — быстрее пинакоида. Но этого мало: в узких промежутках между пластинками циркуляция раствора затруднена, тогда как

Рис. 2 Рост пакета папиршпата: а — в кинетическом

режиме, б — в диффузионном реж

а

б

Рис. 3 Градиент пересыщения в застойном растворе

7 Барит, 6х4 см. Провинция Уануко, Перу

8 Гематит,кварц.8х7см.ПровинцияГуаньси,Китай

грани призмы свободно омываются им, будучи расположены на внешней сторонепакета, инарастаютещебыстрее.Все это способствует формированию тонких пластинок.

Иначе развиваются события в застойном, неподвижном растворе. Доставка строительного материала в этом случае возможна лишь с помощью диффузии частиц. Такой режим питания называется диффузионным. На рис. 2б тонировкой показано пересыщение такого раствора — застойного, но отнюдь не однородного. Растущий кристалл адсорбирует ближайшие к нему частицы, однако диффузионный массоперенос не в состоянии компенсировать обеднение раствора. Поэтому по мере приближения к кристаллу пересыщение уменьшается и на границе раздела достигает нуля. Кривая на рис. 3а показывает, как меняется пересыщение в окружении растущего кристалла. Такая ситуация чревата нестабильностью: любой выступ, возникший на грани кристалла, оказывается в преимуще-

Рис. 4 Строение папиршпата

Вещи и вещества

ственных условиях питания и начинает расти с опережением.

Именно это и происходит с появлением штриховки. Линии штриховки превращаются в параллельные друг другу фронты усиленного роста. Тенденция смены габитуса усиливается наличием градиента пересыщения. Кроме того, поскольку пинакоид оказывается в области наибольшего градиента, все его точки получают еще и продольную составляющую скорости. Эта составляющая, показанная на рис. 3б стрелками, максимальна у основания выступа и минимальна на его переднем крае. За счет этой разницы растущие грани пинакоида постепенно превращаются в слегка выпуклые поверхности, несущие фигуры роста в виде мелких пологих бугорков (рис. 2б). В конце концов обе стороны пинакоида смыкаются, и место пояска призмы занимает «лезвие» с неровным краем.

Таков папиршпат, показанный на фото 6. Образец сфотографирован в двух ракурсах, позволяющих видеть прозрачную сердцевину и наросшие на нее белые пакеты папиршпата. Подобная смена свидетельствует о существенных переменах в окружающей среде. В данном случае они вызвали и рост пакетов папиршпата. Строение кристалла схематически представлено на рис. 4.

Подведем итог. Пакеты папиршпата возникают при изменениях в минералообразующем растворе, потребовавших смены габитуса растущих кристаллов кальцита на пинакоидально-призма- тический с преобладанием пинакоида. При этом пакеты плоскопараллельных пластинок с прямолинейными краями образуются в текущем растворе, а с неровными острыми краями— в застойном растворе. Отдельные кристаллы папиршпата вырастают при неизменном состоянии минералообразующего раствора.

В виде пакетов пластинчатых кристаллов встречаются и другие минералы: барит BaSO4 (фото 7), гематит Fe2O3 (фото 8) и некоторые другие

Фото автора

Кандидат технических наук

Б.З.Кантор

«Химия и жизнь», 2014, № 7, www.hij.ru

Еда по-научному

2-фурфурилтиол (рис. 1) также входит в аромат ржаного хлеба и пшеничных тостов. За соблазнительные запахи жареного, например мясного стейка и картофеля фри, отвечают гетероциклические соединения с атомами азота (пиридины, алкил- и алкенилпиразины). В частности, это 2,3,5-триметилпиразин (рис. 2) и 3-этил-2,5-диметилпиразин.

Запеченное или жареное мясо — наверное, самый характерный пример ароматных продуктов реакции Майяра. Оно благоухает 2-метил-3- фурантиолом, 2-ацетил-2-тиазолином, 4-гидрокси-2,5-диметил-3-фураноном, 2-этил-3,5-диметилпиразиномиметио- налем — эти вещества считают самыми характерными ароматическими соединениями жареного мяса. Впрочем, если взять каждое соединение в отдельности, то мы убедимся, что метиональ также пахнет запеченными овощами и картофелем, а 2-метил-3-фурантиол имеет скорее просто мясной аромат, а не именно жареного мяса. А вот запах быстро поджаренного мяса определяется 2-ацетил-2-тиазолином (рис. 3): его концентрация максимальна при очень высокой температуре, но если продолжать тепловую обработку, то она будет падать. Продуктами реакции Майяра могут быть не только гетероциклические соединения, но и кетоны, например 2,3-бутандион (или диацетил)

— соединение с ароматом сливочного масла.

3

2-ацетил-2-тиазолин

Даже люди, далекие от химии, используют в быту термин «карамелизация». Но часто так называют не истинную карамелизацию, а реакцию Майяра. Например, в карамелизованном луке, медленно обжаренном на

«Химия и жизнь», 2014, № 7, www.hij.ru

масле, происходит реакция Майяра (а не карамелизации), так же, как и в запеченном куске мяса, смазанном сладким соусом. Истинная карамелизация — это распад сахаров под действием повышенных температур (более 160°С). Классический пример и типичный аромат — естественно, карамель. Вещества, образующиеся при карамелизации, пахнут жженым сахаром. Надо отметить, что многие из них содержатся в тех же блюдах, что и вещества, образующиеся в реакции Майяра. Поэтому различить эти две реакции и то, что в них получается, очень непросто.

Так, мальтол (рис. 4) с ароматом сахарной ваты, помимо карамели, содержится также в кофе, какао, обжаренном солоде и хлебной корочке. Циклотен (рис. 5) придает аромат кленовому сиропу (сгущенный сок клена) и опять же содержится в кофе, какао, солоде и других жареных продуктах.

4

Мальтол

5

Циклотен

6

2-ацетил-1-пирролин

Один из продуктов реакции Майяра дает нам неожиданный пример пересечения ароматов, созданных природой и человеком. Это 4-гидрокси-2,5- диметил-3-фуранон (фуранеол) — обя-

зательный компонент запаха земляники

иананаса. Чем его больше, тем более спелым кажется фрукт и тем сильнее земляничный аромат. Но разумеется, фуранеол в этих растениях образуется

врезультате совсем других реакций. Еще один пример такого пересе-

чения — 2-ацетил-1-пирролин (рис. 6). Это вещество с ароматом попкорна — характерный компонент запаха корочки свежеиспеченного хлеба. В растительных продуктах оно отвечает за запах ароматных сортов риса (басмати, жасмин и др.), им же пахнут листья дерева пандан, используемые как ароматический компонент в кухне Юго-Восточной Азии. В рисе и листьях пандана 2-ацетил-1-пирролин тоже образуется не в результате реакции Майяра, а совершенно другим биохимическим путем.

Еще один продукт реакций Майяра

икарамелизации — сотолон. Иногда говорят, что он пахнет карри, поскольку именно сотолон содержится в ароматной траве фенугреке, или пажитнике (Trigonella foenum-graecum), почти полностью отвечая за его аромат, а это — важный компонент смеси специй карри. Сотолон есть в грецких орехах,

вкоричневом сахаре, а еще он со временем образуется в хересных винах

врезультате их ферментативного потемнения.

Интересно, что реакция Майяра, в отличие от карамелизации, может происходить и при невысоких температурах. Для этого нужны только достаточная концентрация реагентов и длительное время. Например, молоко: в нем много

исахаров (лактозы), и белковых соединений. Неудивительно, что в нем хорошо идет реакция Майяра даже при температурах ниже 100°С, позволяя получать такие вкусные продукты, как топленое молоко, ряженку, вареную сгущенку. Аналогичная реакция в сухом молоке может протекать и при комнатной температуре, если оно долго хранится.

Мы добрались до бульона. Здесь также не должно быть иллюзий: его аромат формируют не только экстрагированные из мяса вещества, но и реакция Майяра между этими веществами, которая происходит при температуре ниже 100°С. Особенно заметны продукты реакции Майяра, когда бульон выпаривают, чтобы получить его концентрат и, например, приготовить из него классический соус. Из химических соединений нужно отметить уже упоминавшийся 2-метил-3-фурантиол (рис. 7) — с ароматом мясного бульона

иотварной говядины. Это же соедине-

8 (2E,4Z)-2,4-декадиеналь

ние может образовываться в другой химической реакции — распаде тиамина (витамина B1).

Предполагают, что за благородные

7

2-метил-3-фурантиол

нотки табака, кожи и дыма в выдержанном вине и шампанском тоже может быть ответственна реакция Майяра. Правда, выдержка происходит при температурах ниже комнатной, но зато в течение многих лет.

Ароматы пиролиза

Пиролиз, то есть разложение соединений под действием температуры, — еще один тип химических реакций, происходящих при готовке. В формировании запаха мяса и бульона ключевую роль играют продукты пиролиза жирных кислот, причем именно эти соединения в основном характеризуют, например, отличия между курицей и бараниной. Так, (2E,4Z)-2,4-декадиеналь (рис. 8) имеет аромат куриного жира и жареной курицы, 12-метилтридеканаль пахнет говяжьим жиром, а 4-метилтиобутаналь

— бараньим. Метильная группа в другом положении (3-метилтиобутаналь) —

иэто уже жареный картофель. Впрочем, некоторые специалисты отмечают, что (2E,4Z)-2,4-декадиеналь имеет универсальный запах фритюра, и это еще раз показывает, как непросто изобразить химическими формулами результаты кулинарных опытов.

Надо отметить, что реакции на этом не останавливаются: продукты термического распада жиров взаимодействуют дальше с гетероциклическими соединениями — продуктами реакции Майяра, образуя алкилзамещенные гетероциклы, пахнущие жиром, салом

изеленью (в целом не самые приятные для нашего обоняния запахи).

Самые известные продукты пиролиза

в еде — конечно, продукты пиролиза древесины, запахи дыма и костра. Нельзя сказать, что копчение в целом — это тепловая обработка пищи, поскольку существует и технология холодного копчения. Но зато все продукты горячего копчения и барбекю насыщаются приятными ароматами дыма. С точки зрения химиков, это преимущественно фенольные соединения — гваякол, ванилин и 4-винилгваякол. Кстати, эти же компоненты могут образовываться

ив самой пище во время тепловой обработки — при распаде феруловой кислоты, которая содержится в кофейных зернах и во многих злаковых. Так что неудивительно найти дымные нотки гваякола в поджаренном кофе.

Если чуть-чуть зазеваться, то тепловая обработка зайдет слишком далеко

имы получим пригоревшую еду. Нам это не понравится, поскольку большинство образующихся при этом соединений имеет горький вкус. Вкусно, только когда концентрация продуктов пиролиза невелика и они летучи — в этом случае они добавляют приятные ароматы, но если горькие соединения преобладают, можно считать, что блюдо пропало.

Отдельно нужно выделить реакцию Штреккера, которую обычно рассматривают как одну из стадий реакции Майяра. Для аромата блюда она очень важна. Это реакция аминокислот с дикарбонильными соединениями при высокой температуре, с дальнейшими превращениями продуктов реакции. Реакция Штреккера поставляет гетероциклические соединения с атомами азота и серы, многие из которых мы уже описывали (пиразины, пиридины, тиолы). А еще в процессе этой реакции образуются по-разному пахнущие альдегиды Штреккера. Это и уже встречавшийся нам метиональ (рис. 9) с запахом печеных овощей, и 2-метилбутаналь с солодовым ароматом, и фенилацетальдегид с цветочно-медовым.

9

Метиональ

Интересно отметить следующий эмпирический факт: структура, изображенная на рис. 10 (енольная группа, сопряженная с карбоксильной), ощущается как запах жженого сахара, а структура на рис. 11 — как запахи жареного. Можно ли это объяснить особенностями устройства нашей обонятельной системы, пока не очень понятно (см. статью «Сенсоры вкуса», «Химия и жизнь», 2014, № 1).

10

11

Жареные канцерогены

Для формирования ароматов достаточно небольших концентраций веществ, и они не сказываются на организме в целом. Можно даже сказать, что они полезны, — повышают аппетит и секрецию желудочного сока. Но при нагревании продуктов, варке и жарке образуются также опасные вещества — канцерогены, которые привлекают пристальное внимание исследователей. Особенно подозрительны две группы веществ, образующихся в процессе реакции Майяра и пиролиза, — акриламид и свыше 20 соединений, относящихся к гетероциклическим ароматическим аминам (в частности, имидазохинолины).

Канцерогенность и мутагенность акриламида (рис. 12) исследована на мышах достаточно подробно, поэтому Международное агентство по изучению рака (IARC) включило его в список «Вероятные канцерогены для человека». С другой стороны, пока нет достаточной статистики по его воздействию на людей, поэтому давать научно обоснованные диетологические рекомендации еще рано. К тому же канцерогенность

Еда по-научному

для мышей еще не означает опасности для человека. Да и немного его в пище — во всех лабораторных исследованиях мыши получали значительно более высокие дозы акриламида, чем мы можем получить из жареных и копченых продуктов.

Некоторые вещества подозревают

ив токсичных свойствах, например 4-метилимидазол. Он образуется в ходе реакции Майяра в карамельном красителе, который входит в состав кока-колы

ипепси-колы.

12

Акриламид

Человеческий мозг и

социальное

неравенство

Художник М.Эшер

Кандидат социологических наук

А.В.Шкурко

«Я не так красива, как Белый Лотос. Зато я целомудренней».

«Я не так талантлив, как Арисима. Зато я лучше знаю жизнь».

«Я не так…» Обыватели, сказав это, счастливо спят, как свиньи.

Акутагава Рюноскэ

Социальная нейронаука, о которой мы уже писали (см. «Химию и жизнь», 2013, № 11), пытается найти связь между протеканием нервных процессов и поведением отдельных людей или животных в конкретных ситуациях. Это проблемы, в значительной степени пришедшие из социальной психологии. Однако за ними маячат вопросы, интересующие и другие общественные науки, которые изучают не отдельных людей или малые группы, а функционирование всего общества. В этой статье мы расскажем о первых попытках включить методы и результаты когнитивных и нейронаучных исследований в наше понимание устройства общества.

Рассуждения о роли мозга в устройстве общества встречались давно и в различных науках, и в художественной литературе. Но впервые всерьез этим занялся, по-видимому, американский исследователь Уоррен Тен Хаутен (см., например, TenHouten W., «Neurosociology», «Journal of Social and Evolutionary Systems», 1997, 20, 1, 7—37). Он попытался, в частности, проследить связь между культурными особенностями различных обществ и латерализацией мозга, то есть доминированием левого или правого полушария. В 2010 году вышла книга американского социолога из Вирджинии Дэвида Фрэнкса, посвященная в том числе роли зеркальных нейронов в обучении и социальном взаимодействии (Franks D.D., «Neurosociology: The Nexus between Neuroscience and Social Psychology», N.Y.: «Springer», 2010). Напомним, что зеркальные нейроны головного мозга возбуждаются

как при выполнении определенного действия, так и при наблюдении за выполнением этого действия другим индивидом.

В отличие от социальной психологии, которая вполне успешно освоила язык и методы нейронаук, традиционная социология совершает только первые вылазки в область исследования мозга. Возьмем для примера старую, но оттого не менее важную проблему — социальное неравенство.

Объективный социальный статус

Хотя понятие социального статуса довольно туманное, интуитивно понятно, что люди различаются по своим возможностям и доступу к ресурсам: величине счета в банке, качеству медицинских услуг и образования, которыми они пользуются, территориальной и социальной мобильности, административной власти и так далее. Различные виды ресурсов, как правило, могут конвертироваться друг в друга: деньги позволяют получить хорошее образование, образование расширяет возможностипрофессиональногороста и круг общения, широкий круг общения

увеличивает возможность получения помощи в сложных ситуациях и так далее. Огромное количество ситуа- тивно-значимых неравенств, начиная с физической силы и заканчивая умением играть в покер, отчасти уравновешивают друг друга — у горожан выше зарплаты, чем у сельских жителей, больше возможностей для трудоустройства, проведения досуга, зато жители сельской местности дышат чистым воздухом и живут в более спокойной обстановке. Однако место человека в социальной иерархии в большинстве стран определяется небольшим числом показателей, прежде всего уровнем дохода и образованием, которые, как правило, сильно взаимосвязаны (у России в этом смысле пока особый путь).

Люди, занимающие разные социальные позиции, отличаются по среднему уровню здоровья, продолжительности жизни, характеру болезней и многим другим биологическим показателям, иногда довольно неожиданным. Один из самых известных современных исследователей неравенства, американский социолог Чарльз Тилли начинает свою книгу (Ch.Tilly, «Durable Inequality», «California University Press», 1998) рядом показательных примеров. В их числе есть

такой: если сравнить две курсантские школы Англии начала XIX века, в одной из которых учились дети дворянских семей — будущие офицеры, — а в другой простолюдины, которым предстояло стать простыми солдатами, то выясняется, что средний рост кадетов отличался на 20 см! Уровень доходов влияет на качество и количество питания, медицинского обслуживания, условия жизни, которые, в свою очередь, влияют на фенотип.

Но вот вопрос: отличается ли мозг людей, занимающих разные социальные позиции, и если да, то как и почему? Этим вопросом и занимается, в частности, нейросоциология.

Общая линия рассуждений такова: высокая (или низкая) социальная позиция означает прежде всего различия

вусловиях жизни. Богатые и бедные живут в разных повседневных обстоятельствах и сталкиваются с разными проблемами. Это и качество еды, и безопасность в районе проживания, и характер решаемых на работе задач. Все это образует ряд стимулов, с которыми имеет дело наша нервная система. Устройство и функционирование нервной системы зависят от реакций на стимулы окружающей среды, и при длительном их воздействии возникнут различия в работе мозга.

Обстоятельное изучение того, как условия жизни определяют структурные и функциональные особенности нервной системы, — задача будущих исследований. Пока что наиболее изучено воздействие стресса на высшие психические функции.

Канадские ученые предположили, что коль скоро дети из бедных семей живут в менее благополучных условиях, с большим количеством опасностей и стрессоров в повседневной жизни, то их нервные системы должны направлять внимание на внешние стимулы не так, как это происходит у обеспеченных ребят (d’Anguilli A. et al., «Proceedings of the 30th Cognitive Science Society Annual Meeting», 2008. 211—216). В ходе эксперимента они оценивали способность подростков из разных слоев сосредоточиваться на заданном звуковом стимуле, игнорируя шумы. Ученые сравнивали различные показатели, такие, как точность решения задачи, время реакции, уровень кортизола (гормона стресса) и электроэнцефалограммы. Поведенческие результаты

вдвух группах оказались одинаковыми, а вот данные ЭЭГ показали различия. Дети из семей с высоким социальноэкономическим статусом реагировали на стимулы избирательно, направляя основное внимание на целевые сигналы и игнорируя шум. Дети из низкостатусных семей реагировали на релевантные

Качество решения задачи

Уровень дофамина

1 Связь между дофамином и способностью решения

когнитивных задач (Cools and D’Esposito, 2011; Arnsten, 2009)

инерелевантные стимулы одинаково. Внимание — это ресурс, который, как

ивсе другие ресурсы, ограничен, и разбрасываться им, реагируя на ненужные стимулы, кажется проигрышной стратегией. Однако результаты решения задач, то есть быстрота и точность идентификации нужного сигнала, в обеих группах оказались одинаковыми. По-видимому, дети из семей с низким статусом способны компенсировать недостаточную селективность внимания за счет дополнительного когнитивного контроля, позволяющего гасить реакцию на незначимые стимулы. Компьютерщики сказали бы, что железо у них хуже, но программа это компенсирует. Для социальных наук — вполне интересная информация.

Влияние стресса на высшие психические функции опосредовано целым рядом нейрогормональных посредников, таких, как норадреналин и дофамин. Последний — один из наиболее многофункциональных нейромедиаторов, он важен для функционирования системы вознаграждении и когнитивного контроля. Дофамин, высвобождающийся

влимбической системе, обеспечивает проведение нервных импульсов в различных участках мозга, в том числе отвечающих за регуляцию поведения

иэмоций. Во время стресса уровень дофамина и норадреналина в префронтальной коре меняется, влияя на рабочую память и успешность выполнения сложных задач. Влияние можно изобразить кривой с максимумом, есть некоторое оптимальное значение уровня дофамина и норадреналина, выше и ниже которого результативность выполнения сложных когнитивных задач снижается (рис. 1). В оптимуме рецепторы норадреналинаобеспечиваютусиление сигнала, а рецепторы дофамина подавляют шумы, успешно дополняя друг друга (Arnsten A.F.T., «Nature Reviews», «Neuroscience», 2009, 10, 410—422; Cools R. and D’Esposito M., «Biological Psychiatry», 2011, 69, 113—125).

Характер воздействия дофамина на когнитивные функции зависит и от

типа решаемых задач, и от того, какая

Проблемы и методы науки

область мозга оказывается мишенью дофамина. В частности, противоположные по смыслу, но взаимодополняющие эффекты наблюдаются в двух областях, к которым идут нервные пути, использующие дофамин, — в префронтальной коре и полосатом теле. В первом случае эффект связан с когнитивной стабилизацией, сосредоточением на задаче, во втором — с гибким реагированием на меняющиеся внешние условия.

Если стресс носит хронический характер, в мозгу происходят структурные изменения: уменьшаются число и длина дендритов в префронтальной коре, ослабевает ее связь с гиппокампом, что негативно влияет на рабочую память и возможность интеграции информации (Arnsten, 2009, см. ссылку выше). В миндалевидном теле, наоборот, наблюдается увеличение числа дендритов, а миндалевидное тело отвечает за быстрые реакции на важные стимулы. Избыточная активность миндалевидного тела заставляет организм постоянно находиться в состоянии повышенной тревожности и стресса.

Социолог из Калифорнийского университета Джефф Дэвис полагает, что условия неопределенности окружающей среды, в которых приходится жить людям из низших слоев, в особенности влияют на три области мозга: префронтальную кору, переднюю часть поясной извилины и часть лимбической системы, включающей миндалевидное тело, гипоталамус и некоторые другие структуры (Davis J., in: D.D. Franks and J.H. Turner, «Handbook of Neurosociology», «Springer», 2012, 333—348). В его модели стресс увеличивает высвобождение дофамина, который, вызывая активность различных структур, изменяет управляемые ими аспекты поведения (рис. 2).

Торможение префронтальной коры из-за влияния дофамина ослабляет способность ориентироваться на отложенное вознаграждение и стимулирует ориентацию на сиюминутные выгоды (например, это происходит, когда человек, понимающий долгосрочные последствия курения, продолжает курить). Активация рецепторов

«Химия и жизнь», 2014, № 7, www.hij.ru

дофамина в передней части поясной извилины увеличивает ожидаемую ценность вознаграждения, повышая тем самым склонность к риску, а увеличение дофамина в лимбической области способствует агрессии. В совокупности различные эффекты дофамина повышают вероятность тех форм поведения, которые связаны с повышенным вниманием к сиюминутному окружению в ущерб долгосрочным целям и выгодам.

Субъективный социальный статус

Различия в условиях жизни влияют на развитие нервной системы, однако не меньшее значение имеет и то, как мы воспринимаем наше окружение. Человек, как и многие другие социальные животные, воспринимает свое окружение и свое положение не столько в абсолютных, сколько в относительных величинах. Важно не общее количество ресурсов, которыми мы располагаем, а то, насколько их больше или меньше, чем у других. Хотя современная беднота из развитых стран живет гораздо лучше, чем большинство населения европейских стран XVIII—XIX веков, они совершенно не чувствуют себя счастливее и богаче. Потому что сравнивают себя не с прошлыми поколениями, а с теми, кто живет рядом и кого они видят каждый день на улице, в магазинах или по телевизору и в социальных сетях.

Оценка своей относительной социальной позиции связана с работой нервной системы, в том числе — со структурными особенностями мозга. Например, американские исследователи установили, что субъективное восприятие своего социального положения коррелирует с объемом серого вещества в уже упоминавшейся передней части поясной извилины (Gianaros P.J. et al., «Social Cognitive & Affective Neuroscience», 2007, 2, 161—173).

В1970-е годы американские психологи, в частности будущий лауреат Нобелевской премии Дэниэль Канеман, показали, что относительный проигрыш или выигрыш для человека важнее абсолютных величин. Нейронаучные исследования последних лет подтверждают, что мозг очень активно реагирует на выигрыши и проигрыши — и то, и другое состояние имеет свои нервные «подписи» (Zink C.F. et al., «Neuron», 2008, 58, 273—283). Остается понять, какое отношение к этому имеет социальный статус.

Входе эволюции социальный статус появился из-за различий в физической силе, определяющей доступ к жизненно важным пищевым и репродуктивным ресурсам. Важна и способность правильно оценивать силу тех, кто встре-

Префронтальная

кора

Передняя

часть

поясной

извилины Часть лимбической системы, вллючающая г7ипоталамус, миндалевидное тело и др

2 Основные мишени дофамина в модели Д.Дэвиса

(Davis, 2012)

чается на пути. Этому служат многообразные статусные символы: масса тела, одежда, манера разговаривать, документы. Обмен символической информацией позволяет в большинстве случаев обходиться без лобового столкновения, а также выбрать наилучшего брачного партнера, заключить самый выгодный наступательно-обо- ронительный союз и т. п., вот почему он экономически выгоден как сильным, так и слабым. Не стоит и говорить, что это порождает целый арсенал манипулятивных стратегий, связанных с демонстрацией высокостатусных символов в отсутствие реальной силы. О подобных стратегиях у людей можно почитать, например, в книге Ирвина Гофмана «Представление себя другим в повседневной жизни».

Вне зависимости от того, насколько точно мы воспринимаем статусные символы и реальный расклад сил, то, как именно мы определяем статус свой

иокружающих, хорошо отражается в нашей нервной системе. Поскольку занятие более высокого социального статуса предоставляет очевидные преимущества, высокий статус — сам по себе вознаграждение. (Вознаграждение в данном случае — технический термин, используемый в поведенческих науках для обозначения стимулов, повышающих вероятность вызвавшего их поведения.) Нейрофизиологические основы человеческой системы вознаграждения сейчас активно изучают во многих лабораториях мира, в основном в рамках нейроэкономических исследований. Не имея возможности подробно на них останавливаться, упомянем только некоторые важные результаты.

Система вознаграждения у человека

идругих приматов связана с нейтромедиатором дофамином и активностью ряда областей мозга, прежде всего полосатого тела, вентромедиальной префронтальной коры, орбитофронтальной коры, прилежащего ядра.

Дофаминергическая система активно участвует в процессах обучения и прогнозировании результатов действия. Отдельные группы нейронов кодируют величину ожидаемой награды, вероятность ее получения и ошибку прогноза — разницу между полученным

иожидаемым вознаграждением. Для нас особенно важно то, что, по всей видимости, разные виды вознаграждения обрабатываются одинаковым способом. Гипотеза «всеобщей нервной валюты», сформулированная более десяти лет назад (Montague R. and Berns G.S., «Neuron», 2002, 36, 265—284), пока, в общем, подтверждается. Во всяком случае, разные виды вознаграждения — еда, деньги, социальное одобрение, победа в игре — вызывают очень похожую нервную реакцию. Например, в исследовании ученых из Калифорнийского технологического института испытуемые выбирали одно из двух схематичных изображений игровых автоматов, каждое из которых было ассоциировано с определенной вероятностью выигрыша. При этом в двух разных сериях попыток в качестве вознаграждения использовались либо деньги, либо изображения сердитых или радостных лиц. В обеих — таких разных! — ситуациях активность в одних

итех же областях вентромедиальной префронтальной коры коррелировала с величиной ожидаемого и полученного вознаграждения, а вентральной части полосатого тела — с ошибкой прогноза (Lin A. et al., Social Cognitive & Affective Neurosci, 2012, 7, 274—281).

Говорить о полной идентичности нервной активности в данном случае нельзя, поскольку разрешающей способности современных томографов недостаточно, чтобы следить за активностью отдельных нейронов, и, возможно, что разные виды вознаграждений задействуют близкие, но все же разные группы нейронов. Кроме того, в других экспериментах, в которых сравнивалась реакция на выигрыш или проигрыш в играх с людьми и с компьютером, были выявлены не только сходства, но

иразличия в том, как нервная система воспринимает эти ситуации (Zink et al., 2008). Может быть, помимо общей, универсальной системы вознаграждения, оценка социального статуса вовлекает

идругие, более сложные нейрофизиологические механизмы. В частности, в отличие от непосредственной выгоды, получаемой во время вознаграждения, оценка социального статуса важна для определения нашей долгосрочной стратегии поведения и взаимодействия с другими людьми.

Определение социального статуса напрямую влияет на наше поведение, и нейронаучныеисследованияпозволяют