Нервова і гормональна системи

Жити - значить сприймати інформацію від зовнішнього світу й від внутрішніх органів тіла, приймати рішення й посилати інформацію й накази назад цим органам. Нейрони - це елементарні компоненти нашої нервової системи, швидкісна електрохімічна інформаційна система нашого тіла. Гормони, що виділяються ендокринними залозами, утворюють більш повільну інформаційну систему тіла.

Нейрони, взаємодіючи один з одним, утворять первинну інформаційну систему тіла — нервову систему (мал. 2.5). Головний і спинний мозок утворять центральну нервову систему ЦНС. Периферична нервова система ПНС з'єднує центральну нервову систему із сенсорними рецепторами, м'язами й залозами тіла. Сенсорні й моторні аксони, що несуть цю інформацію, переплітаються подібно проводам електричного кабелю і утворять формацію, відому як нерви. В оптичному нерві, наприклад, переплетено біля мільйона аксонових волокон, які несуть інформацію, що посилається кожним оком мозку.

Інформація в нервовій системі передається трьома типами нейронів. Сенсорні нейрони посилають інформацію від м'язів тіла й сенсорних органів до спинного й головного мозку, які обробляють її. До цього процесу інформації приєднується й другий тип нейронів — нейрони центральної нервової системи, названі інтернейронами, які уможливлюють комунікацію в ЦНС. Потім центральна нервова система посилає інструкції до органів тіла й м'язам через моторні нейрони. Вся складність полягає в основному в системі інтернейронов. У нашої нервової системи є кілька мільйонів сенсорних нейронів, стільки ж моторних нейронів і більйони й більйони інтернейронов.

"Якщо перерізати нерви між головним мозком та іншими органами тіла, то сигнали цих органів перестають існувати для мозку. Око сліпне, вухо глухне, рука робиться нерухомою і нічого не відчуває"

У. Джеймс

"Принципи психології", 1983 р.

ПОДВІЙНА ФУНКЦІЯ АВТОНОМНОЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ

Автономна нервова система складається із двох саморегулюючих автономних підсистем. Її симпатичний компонент збуджує нас і наповнює енергією. Її парасимпатичний компонент заспокоює нас і зберігає енергію, уможливлюючи повсякденну діяльність. Наприклад, симпатична нервова система прискорює серцебиття, а парасимпатична - сповільнює його.

ПЕРИФЕРИЧНА НЕРВОВА СИСТЕМА

Периферична нервова система має два компоненти — скелетний і автономний. Скелетна нервова система контролює довільні рухи м'язів тіла. Коли ви дочитаєте сторінку до кінця, скелетна нервова система проінформує головний мозок про стан ваших м'язів і принесе інструкцію, що змушує вашу руку перевернути сторінку.

Автономна нервова система контролює залози й м'язи наших внутрішніх органів. Подібно автопілоту, вона може управлятися й свідомо, але звичайно функціонує сама по собі (автономно) і впливає на функціонування наших внутрішніх органів, включаючи серцебиття, травлення й діяльність залоз.

Автономна нервова система складається із двох підсистем (мал. 2.6). Симпатична нервова система виконує захисну функцію. Коли ми злимося або тривожимося, симпатична нервова система прискорює серцебиття, сповільнює засвоєння їжі, підвищує вміст цукру в крові, розширює артерії, прохолоджує через потовиділення, застерігає й готовить до дій. А коли напруга спадає, парасимпатична нервова система робить зворотний вплив. Вона заспокоює нас, послаблює серцебиття, знижує вміст цукру в крові й т.д. У звичайних життєвих ситуаціях симпатична й парасимпатична нервові системи діють спільно, підтримуючи стабільність внутрішнього стану.

ЦЕНТРАЛЬНА НЕРВОВА СИСТЕМА

Із простих нейронів, що „розмовляють" один з одним, складається складна структура центральної нервової системи, що робить можливими наші мислення, відчуття й діяльність. Десятки більйонів нейронів, кожний з яких взаємодіє з тисячами інших, створюють щось начебто постійно змінну комп'ютерну схему, у порівнянні з якою найбільш потужний комп'ютер здається рахувальницею.

Спинний мозок

Спинний мозок ЦНС є інформаційним шляхом, що з'єднує периферичну нервову систему з мозком. Доцентрові нейронні шляхи посилають йому сенсорну інформацію, а відцентрові - інструкції, які несуть моторні нейрони.

Давайте розглянемо такий приклад. Самими найпростішими із всіх зв'язків між нейронами є ті, які управляють нашими рефлексами, тобто нашими автоматичними реакціями на подразники. Найпростіший рефлекторний шлях складається з одного сенсорного й одного моторного нейронів, які найчастіше з'єднані між собою через інтернейрони. Реакція підстрибування коліна - один із прикладів. Вона збереглася б і у не застиглого обезголовленого тіла.

Один з таких шляхів забезпечує виникнення болючого рефлексу (мал. 2.7). Коли ви пальцями торкаєтесь розпеченої плити, нейронна активність, викликана високою температурою, передається через сенсорні нейрони інтернейронам у спинному мозку. Реагуючи, вони посилають сигнали моторним нейронам м'язів руки, що змушує вас миттєво її відсмикнути.

Оскільки найпростіший шлях болючого рефлексу проходить через спинний мозок і виходить із нього, ви відсмикуєте руку від гарячої плити ще до того, як ваш головний мозок одержить і відреагує на інформацію, що змушує вас відчути біль. Інформація надходить у головний мозок і виходить із нього в основному через інтернейрони спинного мозку. Якби верхня частина вашого спинного мозку була перерізана, ви не відчули б ні болю, ні задоволення. Якби ваш спинний мозок був відділений, - головний втратив би всякий контакт із тілом. Це значить, що ви втратили б усяку чутливість і рухливість у тих ділянках тіла, де сенсорні й моторні нейрони з'єднуються зі спинним мозком нижче покаліченої ділянки. Хворі параплегією чоловіки (з паралізованими ногами) звичайно здатні на ерекцію (простий рефлекс), якщо стимулювати їх геніталії. Але залежно від того, де й наскільки усічений їхній спинний мозок, вони можуть втратити статеве почуття й зовсім не реагувати на еротичні образи (Kennedy & Over, 1990). Щоб викликати почуття болю або задоволення, сенсорна інформація повинна досягти мозку.

1. Це найпростіший рефлекс, коли інформація від рецептора шкірного покрову надходить усередину через сенсорний нейрон до інтернейрону в спинному мозку (чорна стрілка). Відтіля вона проходить через інтернейрони до моторних нейронів, які й посилають сигнали м'язам руки,

2. Оскільки в цьому рефлексі задіяний тільки спинний мозок, ви відсмикуєте руку від свічки до того, як ваш головний мозок відреагує на інформацію, що змусить вас відчути біль.

Нервова система

швидкісна електрохімічна комунікаційна система, що складається з нервових кліток периферичних і центральної нервових систем.

Центральна нервова система (ЦНС)

Головний і спинний мозок.

Периферична нервова система (ПНС)

сенсорні й моторні нейрони, які з'єднують центральну нервову систему з м'язами, залозамии й сенсорними органами.

Нерви

Нейронні "кабелі", що містять безліч аксон. Ці переплетення аксонів, які є частиною периферичної нервової системи, з'єднують центральну нервову систему з м'язами, залозами й сенсорними органами.

Сенсорні нейрони

нейрони, які несуть вхідну інформацію від сенсорних рецепторів до ЦНС.

Інтернейрони

нейрони центральної нервової системи, які знаходяться безпосередньо між сенсорним входом і моторним виходом.

Моторні нейрони

нейрони, які несуть вихідну інформацію від центральної нервової системи до м'язів і залоз.

скелетна нервова система

відділ периферичної нервової системи, що контролює м'яза тіла.

автономна нервова система

частина периферійної нервової системи, що контролює залози й м'язи внутрішніх органів (наприклад, серце), її симпатичний відділ, несе відповідальність за збудження, а парасимпатичний - за заспокоєння.

симпатична нервова система

відділ автономної нервової системи, що збуджує організм, мобілізує його енергію в стресових ситуаціях.

парасимпатическая нервова система

відділ автономної нервової системи, який заспокоює організм, зберігай його енергію.

рефлекс

проста автоматично-вроджена реакція на сенсорний стимул, наприклад - смикання коліна.

Нейронні мережі

Нейрони утворять сіткоподібні з'єднання один з одним. З урахуванням зворотного зв'язку ці сіткоподібні з'єднання підсилюють взаємодії нейронів при виробленні тієї або іншої вихідної інформації як відповідь на вхідну.

НЕЙРОННА МЕРЕЖА

Друга частина ЦНС - головний мозок - одержує інформацію, обробляє її й видає інструкції. При цьому він діє як обчислювальна машина. Одержуючи трохи змінені образи реальних об'єктів, що йдуть від обох очей, він обчислює різницю між ними й миттєво визначає, на якій відстані повинні перебувати ці об'єкти, щоб стати в потрібному виді. Коли Сергій Бубка робить свій запаморочливий стрибок із жердиною, у його мозку відбувається неймовірна кількість миттєвих розрахунків щодо положення тіла й руху, відстані й кута приземлення.

Як же наш мозок робить такі складні розрахунки? По-перше, наші нейрони поєднуються в робочі групи, названі нейронними мережами. Щоб зрозуміти, чому нейрони з'єднуються Stephen Kosslyn і Olivier Koenig (1992, с. 12) пропонують нам „подумать, чому існують більші міста, чому люди не розселяються більш рівномірно по всій місцевості?" Подібно людям, що створюють великі поселення, нейрони з'єднуються із сусідніми нейронами, щоб утворити тісні й міцні зв'язки. Як показано на мал. 2.8, клітини в кожному шарі нейронної мережі з'єднані з різними клітинами сусідніх шарів. Нові моделі комп'ютерів імітують діяльність нейронних мереж, заповнених збудливими й стримуючими зв'язками, які міцніють у процесі діяльності. Вони імітують також здатність мозку навчатися.

Звичайно ж нейронна система будь-якої людини набагато складніше мережі, що представлена на малюнку нижче. У нашому мозку одна нейронна мережа взаємозалежна з іншими мережами, що виконують різні функції. Ніяк не позначені межі мереж, невідомо, де кінчається одна й починається інша. Вони відрізняються одна від другої специфічними функціями. Кожна з них є одночасно й подмережею, що несе свій невеликий біт інформації для всієї системи (мозку), де вона й обробляється.

ЕНДОКРИННА СИСТЕМА

У тісному зв'язку із центральною нервовою системою складається друга комунікативна система тіла ендокринна система (мал. 2.9). Залози ендокринної системи виробляють гормони - хімічних посланців, які виробляються в одних тканинах тіла, а з потоком крові попадають в інші тканини й впливають на них. Іноді такою тканиною є мозок: гормони, що впливають на нього, несуть „відповідальність" за нашу зацікавленість сексом, прийом їжі, поведінкою й агресивністю. Деякі гормони по своєму хімічному складі схожі на медіатори (хімічні посланці, що проходять через синаптичний проміжок і або збудливі, або гальмуючи сусідній нейрон). Ендокринна й нервова системи - родинні між собою: вони виробляють молекули, що активізують рецептори. Але на відміну від швидкісної нервової системи, що посилає сигнали від очей до мозку й від нього до рук за якусь Частку секунди, сигнали ендокринної системи рухаються повільно. Якщо нервова система посилає сигнали зі швидкістю електронної пошти, то ендокринна - зі швидкістю равлика. Може пройти кілька секунд, а те й більше, поки потік крові доставить гормони від ендокринної залози до потрібної тканини тіла. Але таке довге очікування сигналів заслужено, тому що їхній вплив звичайно більш довготривалий, ніж вплив нейронного сигналу.

Нейронні мережі

Взаємозв'язок між нейронними клітинами. Кожний зворотній зв'язок або зміцнює, або гальмує взаємодію нейронів при виробленні результатів. Аналогічні процеси відбуваються й у комп'ютері, що функціонує за принципом нейронних мереж, одержуючи вхідну інформацію й видаючи результати.

ендокринна система

"Уповільнена" комунікаційна система тіла; залози, що виробляють гормони, які попадають у потік крові.

гормони

Хімічні переносники інформації, які в основному виробляються ендокринними залозами; виробляються в одних тканинах і впливають на інші.

надниркові залози

Пари ендокринних залоз, розташованих над нирками виробляють гормони епинефрін (адреналін) і норепінефрин які забезпечують приплив енергії в стресових ситуаціях.

гіпофіз

Найважливіша залоза ендокринної системи під впливом гіпоталамуса гіпофіз регулює ріст і здійснює контроль над іншими ендокринними залозами.

Гормони ендокринної системи впливають на багато аспектів нашого життя — від росту до обміну речовин і настрою - і підтримують загальну рівновагу, реагуючи на стрес, напругу й думки. У моменти, наприклад, небезпеки автономна нервова система віддає наказ адреналіновим залозам, які перебувають над нирками, виділяти епінефрин і норепінефрин (які називаються також адреналіном і норадреналіном,). Ці гормони підсилюють серцебиття, підвищують тиск крові, збільшують вміст цукру в ній і забезпечують тим самим приплив енергії. Коли небезпека проходить, то кількість гормонів, а відповідно й почуття порушення, поступово зменшуються.

Найбіль важливою залозою ендокринної системи є гіпофіз — орган розміром з горошину в нижній частині мозку, де над ним здійснюється контроль іншої області мозку - гіпоталамуса. Гіпофіз виробляє гормони, які впливають на ріст. Його секреції також впливають на вироблення гормонів іншими ендокринними залозами. Тому він виступає в ролі головної залози. Наприклад, під впливом мозку гіпофіз змушує статеві залози виробляти гормони, які, у свою чергу, впливають на мозок і поведінку.

Ця система зворотного зв'язку (мозок -> гіпофіз -> інші залози -> гормони -> мозок) свідчить про тісну взаємодію між нервовою й ендокринною системами. Нервова система регулює секрецію гормонів через ендокринні залози, які впливають на нервову систему. Ці дві системи настільки взаємозалежні, що найчастіше важко вловити різницю між ними. Вчені виявили, що нейротрансміттеры можуть рухатися в мозковій рідині до нервових рецепторів на далеких ділянках, тим самим впливаючи на загальний настрій (Agnati & others, 1992; Pert, 1986). У таких випадках різниця між нейротрансмиттерами і їхніми хімічними близнюками, які називаються гормонами, якщо їх виробляють залози, вже не так яскраво простежується. А керує й диригує цим електрохімічним оркестром маестро, якого ми називаємо мозком.

Нейрони ЦНС у головному й спинному мозку взаємодіють із сенсорними й моторними нейронами периферичної нервової системи. Периферична нервова система має два відділи. Скелетна нервова система координує довільні рухи й рефлекси. Автономна через свої симпатичний і парасимпатичний відділи керує довільними м'язовими рухами й залозами ендокринної системи. Гормони, які виділяються ендокринними залозами, потрапляючи в потік крові, впливають на тканини органів тіла, у тому числі й мозку.

КЛЮЧОВІ ТЕРМІНИ Й ПОНЯТТЯ: нервова система, центральна нервова система (ЦНС), периферична нервова система (ПНС), нерви, сенсорні нейрони, інтернейрони, моторні нейрони, скелетна нервова система, автономна нервова система, симпатична нервова система, парасимпатична нервова система, рефлекс, нейронні мережі, ендокринна система, гормони, надниркові залози, гіпофіз.

МОЗОК

ЛЮДСЬКИЙ МОЗОК

Цей маленький зморщений орган набагато перевершує самі складні комп'ютери. Ви бачите тільки частину зовнішнього шару мозку. Більша частина поверхні ховається у звивинах.

Самий дивний утвір природи. Головний мозок людини досліджується наноситься на карти новим поколінням нейронних картографів. Нейронні мережі мозку нижнього рівня підтримують основні життєві функції й роблять можливими пам'ять, емоції й основні спонукання. А нейронні мережі вищого рівня, що перебувають у корі мозку, утворять спеціальні робочі групи, завдяки яким ми можемо сприймати об'єкти, мислити й говорити.

В експозиції факультету психології Корнуельского університету зберігається в скляній колбі мозок Едуарда Бредфорда Титченера (Titchener), великого вченого в області експериментальної психології й дослідника свідомості кінця XIX - початку XX сторіччя. Уявіть собі, що ви уважно розглядаєте цю добре збережену масу зморщеної речовини сіруватих кольорів. Чи є який-небудь зміст у припущенні, що Титченер усе ще там?

Ви можете відповісти, що без кипучої діяльності нейронів нічого від Титченера не залишилося в його заспиртованому мозку. А тепер уявимо собі експеримент, про який міг лише мріяти допитливий Титченер. Уявіть собі, що за кілька митей до його смерті хтось видалив мозок ученого й, помістивши його в резервуар із церебральною рідиною, підтримував його діяльність за допомогою збагаченою киснем крові. Чи можна вважати Титченера учасником такого експерименту? А тепер уявімо неймовірне: хтось трансплантує цей живий і здоровий мозок іншій людині, чий мозок сильно ушкоджений. У чий будинок повинен повернутися пацієнт, що повернувся до тями?

Уже сам факт постановки таких питань свідчить про переконання в тім, що ми живемо в нашому мозку. Як стверджував Буди Аллен (Allen), мозок - це дуже важливий орган. Він робить можливими всі функції, які ми відносимо до розумової сфери: зір, слух, пам'ять, мислення, почуття, мова, уява. Неврологи стверджують, що розум - це те, що робить мозок. Але де і як функціонування розуму пов'язане з мозком? Давайте спочатку подивимося, як учені відповідають на ці питання.

МЕТОДИ ВІДКРИТТІВ

Дух захоплює від однієї думки, який прогрес зробила неврологія при житті тільки одного покоління. Сторіччями людський мозок був для науки за межами доступності. Нейрон дуже малий, щоб його можна було спостерігати неозброєним оком, його імпульси занадто слабкі, щоб їх можна було зареєструвати за допомогою звичайних електродів. Ми могли лише бачити горбки на черепі, розчленовувати й мацати безжиттєвий мозок і спостерігати симптоми специфічних захворювань, пов'язаних з розладом мозку. Але не було інструментів - потужних і досить делікатних, щоб досліджувати живий мозок. Зараз все інакше. В інтересах науки й медицини ми можемо вибірково зруйнувати невелику кількість здорових або хворих клітин мозку, залишаючи недоторканим їхнє оточення; можемо зондувати мозок за допомогою дуже слабких електричних імпульсів, втручатися в сигнальні послання окремих нейронів і в їхню масову діяльність, спостерігати кольорові репрезентації енергетичної діяльності мозку. Ці нові технології й методи зробили революцію в неврології.

Клінічні спостереження

Самий древній метод вивчення взаємозалежності між мозком і розумом - спостереження за випадками захворювання й ушкодження мозку. Такі спостереження були зареєстровані ще 5 тисяч років тому. Але лише останні 2 сторіччя медики почали системно фіксувати результати ушкодження тієї або іншої ділянки головного мозку. Одні помітили, що ушкодження бічної ділянки мозку часто викликають німоту або параліч на зворотній частині тіла. Інші констатували, що ушкодження потилиці тягне втрату зору, а ушкодження лівої передньої частки мозку - порушення мови. Так поступово, іноді повільно й навмання, створювалася карта людського мозку. У цей час дослідники університету штату Айова зареєстрували більше 1500 хворих з ушкодженням мозку й описали їх. Ці записи є самими великими з всіх зроблених раніше.

- Брешеш, Марті!.. Мама говорить, що в нашій родині тобі дісталися мізки, ну а мені - краса.

Маніпуляції з мозком

Сьогодні вченим немає необхідності чекати, поки в кого-небудь відбудеться травма мозку. Вони можуть стимулювати його за допомогою електроапаратури або викликати ушкодження (руйнування) хірургічним втручанням (препарування мозкової тканини). Наприклад, ушкодження однієї гарно вивченої ділянки мозку пацюка знижує її апетит і змушує голодувати, якщо її не нагодувати силою. І навпаки, ушкодження сусідньої ділянки мозку пацюка веде до обжерливості.

Реєстрація електричної активності мозку

Сучасні дослідники навчилися також прослуховувати мозок. Новітні мікроелектроди мають такі тонкі кінчики, що можуть реєструвати електричну діяльність в окремому нейроні, роблячи приголомшливі по своїй точності відкриття. Наприклад, зараз ми можемо точно визначити, куди йде інформація після того, як ми погладимо кота.

Електрична активність мільярдів нейронів мозку може фіксуватися у вигляді регулярних хвиль. Електроенцефалограма (ЭЭГ) — це посилений запис хвиль приладом, що називається електроенцефалографом. Вивчення електроенцефалограми сумарної діяльності всього мозку нагадує вивчення роботи двигуна автомобіля шляхом прослуховування шуму його мотора. Повторним впливом і виділення за допомогою комп'ютерного фільтра побічної електричної активності можна виділити електричну хвилю, що викликається подразником.

Сканування мозку

Існує кілька унікальних способів проникнення в таємниці мозку, не приносячись йому шкоди. Наприклад КТ (комп'ютерний томограф) досліджує мозок, роблячи рентгенівські знімки, які можуть виявити його ушкодження. Ще більш зробленим є ПЕТ (позитронний емісійний томограф). ПЕТ обмальовує активність різних ділянок мозку, відображаючи засвоєння кожним з них хімічного палива, цукрової глюкози й т. д. Активні нейрони споживають більше глюкози. Коли людині вводять радіоактивну глюкозу, те ПЕТ робить виміри й локалізує цю радіоактивність, стежачи тим самим, куди йде ця "їжа для думки". Таким чином, дослідники бачать, які ділянки мозку найбільш активні, якщо людина робить математичні обчислення, слухає музику або мріє. Ще один спосіб заглянути в живий мозок заснований на тому факті, що ядра атомів (атомів мозку в тому числі) крутяться як вовчок. При дослідженні апаратом МРВ (магнітно-резонансне відображення) голова розміщується в сильне магнітне поле, що впорядковує обертові атоми. Потім короткий імпульс радіохвиль на мить дезорієнтує їх. У міру поновлення свого первісного руху атоми подають сигнали, які можна реєструвати, обробляти, подавати у вигляді комп'ютерного відображення їхньої концентрації. У результаті ми бачимо виразне відображення м'яких тканин мозку. Наприклад, сканування за допомогою МРВ в деяких пацієнтів, хворих шизофренією, виявляє збільшені ділянки мозку, заповнені рідиною.

Сканування за допомогою МРВ мозку здорової людини (ліворуч) і хворого шизофренією (праворуч)

Зверніть увагу на збільшену ділянку мозку, заповнена рідиною у хворого шизофренією

Ушкодження

Руйнування тканини. Ушкодження мозку є натуральне або штучне руйнування тканини мозку.

Електроенцефалограма (еег)

Посилений запис хвиль електричної активності (запис відбувається шляхом прикріплень електродів до черепа).

КТ (комп'ютерний томограф)

Робить серію рентгенівських знімків під різними кутами й за допомогою комп'ютера поєднує їх в складний тривимірний образ зрізу того або іншого органу тіла.

ПЕТ (позитронний емісійний томограф)

Візуальний дисплей, що відображає активність мозку під час виконань ним тієї або іншої заданої функції, коли можна бачити, на якій ділянці мозок засвоює радіоактивну цукрову, глюкозу.

МРВ (магнітно-резонансне відображення)

Технічний прийом використання магнітних полів і радіохвиль для того, щоб за допомогою комп'ютера створювати відображення різних типів м'яких тканин дозволяє бачити структури усередині мозку.

Щоб зробити сканування за допомогою ПЕТ, дослідники, за згодою пацієнтів, вводять їм на короткий час нешкідливу дозу радіоактивної цукрової глюкози. Детектори навколо голови пацієнта реєструють випромінювання гамма-променів від глюкози, що концентрується на активних ділянках мозку. Потім комп'ютер обробляє ці сигнали й перетворює їх у карту діючого мозку.

Змінюючи картини зі швидкістю менш секунди, МРВ показує, як яскраво висвітлюється мозок (завдяки припливу насиченої киснем крові), коли людина виконує різні розумові дії. Коли мозок починає світитися, функціональний апарат МРВ (він називається швидкісним або динамічним МРВ) реєструє кров, що приливається до потиличної частини мозку, який у цей час обробляє візуальну інформацію. Якщо попросити випробуваного вирішити аналогічне вербальне завдання, то засвітиться частина лівої сторони - ближче до лобових часток мозку. Такі знімки функціонування мозку дають можливість зрозуміти, як і по яких ділянках він розподіляє свої функції.

Ці нові прилади для дослідження мозку мають для психології таке ж значення, яке має мікроскоп для біології або телескоп для астрономії - вони стимулюють наукові відкриття. Вивчення науки про нейрони сьогодні можна зрівняти з вивченням всесвітньої географії в часи, коли Магеллан робив свої подорожі по морях. Щороку дослідники повідомляють про нові відкриття, які, у свою чергу, дозволяють по-новому інтерпретувати колишні.

От кілька прикладів нових відкриттів:

(Сканування з допомогою ПЕТ показує, що висвітлення ділянок мозку, коли випробуваний мовчки вимовляє назву тварини, відрізняється від висвітлення, коли він вимовляє назву якого-небудь інструмента (Martin & others, 1996). Сканування з допомогою МРВ показує більше в порівнянні із середнім скупчення нейронів на ділянці лівої півкулі в музикантів-професіоналів (Schlaug & others, 1995).

Функціональне МРВ показує, що під час написання віршів у чоловіків явно активізується ліва півкуля, у той час як у жінок спостерігається активність в обох (Shawitz & others, 1995).

Ці дані, отримані в результаті застосування новітніх апаратур, з'являються швидше, ніж про їх можна десь прочитати або запам'ятати їх. На недавніх зборах членів Неврологічного об’єднання 23 000 його учасників було запропоновано 12 000 наукових відкриттів. Зараз вони збираються в комп'ютерні бази даних. Така мозкова картографія дозволить ученим через електронні мережі довідатися про результати досліджень за допомогою ПЕТ і МРВ, які виявляють діяльність мозку на тій або іншій ділянці, коли випробуваний, наприклад, вирішує математичні завдання. Немає сумнівів у тім, що найближче десятиліття буде десятиліттям мозку й золотим століттям науки про нього.

- Ситуація невтішна, джентльмени...

Світовий клімат міняється, ссавці беруть гору, а в нас у всіх мозок завбільшки з волоський горіх.

СТОВБУР МОЗКУ Й ТАЛАМУС

На малюнку ви бачите частини стовбура головного мозку, таламус у верхній його частині й ретикулярній формації, що проходить через обидві структури.

Нижчий рівень структури мозку

Перше, що ми визначаємо, розкривши череп, - це розмір мозку. У динозавра мозок становить 1/100000 частину ваги тіла, у китів - 1/10000, у слонів - 1/600, а в людини 1/45. На перший погляд може здатися, що тут є якийсь принцип. Але давайте зрівняємо. У мишей вага мозку становить 1/40 частину ваги тіла, а в мавп 1/25. Таким чином, у нашому правилі є виключення, а саме: не завжди співвідношення мозку й тіла свідчать про рівень "інтелектуального" розвитку того або іншого біологічного виду. Для визначення розумових здібностей тварин зручніше вивчати структуру мозку. У найпростіших хребетних тварин, скажемо, в акул, мозок насамперед регулює функції першої життєвої необхідності: подих, відпочинок, прийняття їжі. У нижчих ссавців, таких, як гризуни, більше складний мозок. Він регулює емоції й обумовлює кращу пам'ять. У вищих ссавців, у тому числі й людини, мозок обробляє набагато більше інформації, даючи нам можливість передбачати наші дії.

Еволюція мозку не дуже змінила його основні життєво важливі механізми. Скоріше навпаки, як влучно сказав англійський невролог Джон Джексон (Jackson) ще сто років тому, еволюція створила нові системи мозку на основі старих, на зразок того, як відбувається нашарування земної поверхні. Компоненти стовбура головного мозку сьогодні функціонують майже так само, як і в наших далеких предків. Давайте розглянемо роботу мозку, починаючи від стовбура головного мозку, й піднімаючись вище.

Стовбур головного мозку

Стовбур головного мозку — сама древня й сама глибинна ділянка. Він починається там, де спинний мозок входить у череп і злегка товстішає, утворюючи довгастий мозок. У цьому місці перебувають контрольні центри, які регулюють серцебиття й подих. Якщо відітнути верхню частину стовбура мозку кота, відокремивши його від іншого мозку зверху, тварина буде дихати, жити й навіть бігати, підніматись кудись і облизуватися (Klemm, 1990). Але будучи ізольованим від ділянок мозку вищого рівня, поводження кота втратить цілеспрямованість.

Стовбур мозку — це перехрестя, де зустрічається більшість наших нервів, які йдуть до кожної півкулі мозку, з'єднуючи його із протилежною стороною тіла. Це дивне перетинання є одним з багатьох чудес, які демонструє мозок.

У середині стовбура мозку перебуває — від спинного мозку до самого таламуса — ретикулярна формація (сітчасте утворення), що нагадує за формою палець. Оскільки сенсорний вхід спинного мозку доходить до таламуса, певна його частина розгалужується й попадає в ретикулярну інформацію, що фільтрує вхідні сигнали й передає інформацію іншим ділянкам мозку. Ретикулярна формація допомагає також контролювати процес порушення.

Стовбур головного мозку

Центральний стрижень мозку, що починається там, де спинний мозок товстішає при проході в череп; це сама древня частина мозку, відповідальна за анатомічні функції першої життєвої необхідності.

Довгастий мозок

Основа стовбуру мозку. Контролює серцебиття й подих.

Ретикулярна формація

Сіткоподібне переплетення нервових волокон на стовбурі мозку, що відіграє важливу роль у контролі за збудженням і увагою.

Таламус

Сенсорний пульт керування мозком, що перебуває над верхньою частиною стволa головного мозку направляє до сенсорних сприймаючих ділянок на корі мозку й передає відповіді мозочку й довгастому мозку.

В 1949 році Джузеппе Марузі й Хорас Магоун (Giuseppe Moruzzi & Horace Magoun, 1949) помітили, що якщо зробити стимуляцію електричним струмом ретикулярної формації сплячого кота, то він відразу прокинеться й насторожиться. Магоун видалив ретикулярну формацію в кота з вищих ділянок мозку, не ушкодивши шляхи сенсорних сигналів, які перебувають поруч. Але в результаті кіт упав у кому, з якої так ніколи й не вийшов. Магоун міг ляскати в ладоні над самим вухом кота, навіть щипати його, але без усяких реакцій з боку тварини. Це показало, що ретикулярна формація задіяна в процесі порушення. Пізніше вчені виявили, що й в інших ділянках стовбура мозку є нейрони, діяльність яких необхідна для сну. (Як ми побачимо далі, під час сну мозок знаходиться в стані бадьорості.)

Таламус

Над стовбуром мозку розташовується з'єднана пара яйцеподібних утворень, названа таламус. Це сенсорний пульт керування мозком: він одержує інформацію від сенсорних нейронів і направляє її у вищі відділи мозку, які регулюють зір, слух, смак, дотик.

Ми можемо зрівняти значення таламуса для нервових шляхів зі значенням Лондона для системи залізничних колій в Англії: сенсорні сигнали перетинають його на шляху до різних пунктів призначення. Таламус одержує також деякі сигнали від вищих ділянок мозку, які він направляє до мозочка й довгастого мозку.

Мозочок

За стовбуром мозку розташовується мозочок, тобто маленький мозок, що являє собою дві зморщених півкулі. Як ми побачимо в главі 9, він впливає на научіння й пам'ять. Але сама очевидна функція мозочка - це контроль над м'язами. Якби ви ушкодили мозочок, то виникли б проблеми з ходьбою, збереженням рівноваги або потиском рук. Ваші рухи були б рвучкими й надмірними. Зверніть увагу на те, що всі ці функції нижчих відділів мозку здійснюються без яких-небудь свідомих зусиль. А це підтверджує одну з тем, які неодноразово виникають у книзі: як мозок обробляє багато інформації без участі свідомості. Ми усвідомлюємо результати зусиль мозку (скажімо, наш справжній візуальний досвід), але нам невідомо, як ми конструюємо зоровий образ. І точно так само – й у вісні, і в стані неспання - стовбур головного мозку здійснює свої життєво важливі функції, надаючи можливість вищим відділам мозку думати, мріяти, говорити, зосереджуватися на спогадах.

МОЗОЧОК

"Маленький мозок" прикріплений до задньої частини стовбура мозку, допомагає координувати довільні рухи.

ЛІМБІЧНА СИСТЕМА

Хоча вона є частиною ендокринної системи, а не мозку, гіпофізна залоза контролюється гіпоталамусом лімбічної системи, розташований над нею.

Ви можете перевірити розуміння основних функцій ділянок мозку нижчого рівня, відповісти на наступні питання: ушкодження якої ділянки мозку вплине на нашу здатність стрибати через скакалку, на відчуття смаку або звуків? Ушкодження якої ділянки мозку змусило нас упасти в кому, втратившись дихання й серцебиття?

На межі ("limbus") стовбура головного мозку й мозкових півкуль перебуває нервова система у формі бублика, що називається лімбічною системою. Як ми побачимо далі із глави 9, один компонент лімбічної системи, гіпокамп, уможливлює процес запам'ятовування. (Коли тварини або люди втрачають гіпокамп у результаті хірургічного втручання або пошкодження, вони не здатні запам'ятовувати факти й події.) А поки давайте відзначимо зв'язок лімбічної системи з емоціями - такими як страх і гнів, і первісними спонуканнями - такими як їжа й секс. Як ми побачимо далі, вплив лімбічної системи на емоції й спонукання здійснюється частково через її контроль над гормональною системою тіла.

Мигдалини

Два мигдалеподібних згустки нейронів у лімбічній системі, які називаються мигдалинами, впливають на почуття агресивності й страху. В 1939 р. Психолог Генріх Клювер (Kluver) і нейрохірург Пауль Буки (Вису) хірургічним шляхом видалили частину мозку мавпи, включаючи й мигдалину. Операція перетворила звичайно агресивну мавпу в одну із самих слухняних істот. Її щипали, тикали в неї ціпками, робили все, що звичайно викликає агресивну реакцію, але мавпа залишалася байдужної. У наступних експериментах з іншими дикими тваринами - риссю, росомахою, пацюком - дослідники мали однаковий результат. Що могло б відбутися, якби ми дратували за допомогою електричного струму мигдалину такої спокійної свійської тварини, як кіт? Стимулюємо її в одному місці й кіт готується нападати, сичить, дугою вигнувши спину, розширивши зіниці, наставивши вуха... Пересуньте небагато убік електрод у мигдалині - і кіт стискується від жаху перед маленькою мишкою, опинившись із нею в одній клітці.

Ці експерименти свідчать про роль мигдалин у таких емоціях, як лють і страх. Однак ми не повинні вважати мигдалини центром, що контролює агресію. У мозку немає конкретної структурної організації, яка б відповідала категоріям нашого поводження. Агресія й страх викликають нейронну активність на всіх рівнях мозку: у стовбурі, лімбічній системі й у корі. Стимуляція інших нейронних систем лімбічної системи, крім мигдалин, може викликати ідентичне поводження. Наприклад, коли ви лагодите карбюратор свого автомобіля, ви впливаєте на спосіб його пересування, але це не виходить, що карбюратор сам по собі рухає автомобіль. Карбюратор - усього лише ланка в складній системі.

Мозочок

Маленький мозок за стовбуром мозку допомагає координувати довільні рухи й рівновагу тіла.

Лімбічна система

Система нейронних структур і формі бублика на межі стовбура й мозкових півкуль зв’язана з емоціями (страх, агресивність) і спонуканнями (їжа й секс). Включає в себе мигдалину й гіпоталамус.

Мигдалини

Дава мигдалеподібних нейронних центра лімбічної системи, пов'язаних з емоціями.

Гіпоталамус

Нейронна структура, що перебуває нижче таламуса. Керує декількома функціями по підтримці життєдіяльності температура тіла), бере участь у керуванні ендокринною системою через гіпофіз, зв’язаний із емоціями.

Якщо вилучені мигдалини перетворюють агресивну тварину в спокійну, то чи не сприяло таке видалення в людей зниженню їхньої агресивності? Подібна "психохірургія" давала різні результати (Mark & Ervin, 1970; Valenstein, 1986). Операції на людях з ушкодженим мозком зменшували припадки люті, хоча й викликали в окремих випадках неприємні побічні ефекти, які проявлялися в нездатності хворих до повсякденної діяльності. Із цих причин, а також в силу недостатності наших знань, радикальна психохірургія дуже ризикована, і нею користуються рідко. Можливо, у майбутньому, коли ми більше довідаємося про те, як мозок контролює поведінку, ми навчимося позбуватися від хвороб, не викликаючи нових.

ГІПОТАЛАМУС

Маленька, але важлива структура (на фото вона білих кольорів), що допомагає підтримувати внутрішнє середовище в стабільному стані, регулюючи почуття спраги, голоду, температури тіла. Він впливає також на почуття задоволення.

Ще одна важлива структура лімбічної системи розташована саме під (hypo) таламусом і тому називається гіпоталамусом. Видаляючи або стимулюючи різні ділянки гіпоталамуса, вченим-неврологам удалося виділити в ньому групи нейронів, які здійснюють специфічні функції по підтримці життєдіяльності. Одна частина цих нейронів впливає на почуття голоду, інша регулює почуття спраги, температуру тіла й сексуальну поведінку.

Гіпоталамус контролює хімічний склад крові й приймає інструкції від інших частин мозку. Думки про секс (у корі головного мозку) стимулюють гіпоталамус, і він починає виробляти гормони. За допомогою цих гормонів гіпоталамус контролює сусідню "головну залозу" - гіпофізну, що, у свою чергу, контролює вироблення гормонів іншими залозами, що регулюються гіпоталамусом. (Зверніть увагу на взаємозв'язок між нервовою й ендокринною системами: мозок впливає на ендокринну систему, що, у свою чергу, впливає на мозок.) Потужний маленький гіпоталамус також здійснює контроль, стимулюючи діяльність автономної нервової системи. Історія одного знаменитого відкриття, пов'язаного з гіпоталамусом, показує, як іноді прогресує наука, коли допитливі й обдаровані дослідники зауважують незвичайне явище. Двоє молодих невропсихологів з Макгильского університету - Джеймс Оулдз і Пітер Миль-нер (James Olds, Peter Milner, 1954) спробували імплантувати (вживити) електроди в сітчасту систему білих пацюків. Один раз вони сильно помилилися: одному пацюкові помилково ввели електрод в область, що, як пізніше з'ясувалося, виявилася гіпоталамусом (Olds, 1975). І от результат: пацюк після цього вперто поверталася на те місце на обгородженій для експерименту поверхні стола, де він отримував помилкову стимуляцію, як би запрошуючи дослідників повторити її. Знайшовши помилку, уважні дослідники визнали, що натрапили на ділянку мозку, відповідальну за почуття насолоди.

ПАЦЮК З ІМПЛАНТОВАНИМ ЕЛЕКТРОДОМ

З електродом, імплантованому в "центр задоволення" у гіпоталамусі, пацюк з легкістю перетинає ґрати, через яку пропущений електричний струм, одержуючи болючі удари, щоб нажати на важіль, що посилає електричні імпульси в її "центр насолоди"

У ретельно спланованій серії експериментів Оулдз (1958) продовжив дослідження з метою відкриття й інших "центрів задоволення", як він їх назвав. (А що почували пацюка - це відомо тільки їм, але вони про це не скажуть. Не бажаючи порівнювати почуття людини з почуттям пацюка, сучасні вчені вважають за краще використанню терміну "центр задоволення" - термін "центр винагороди".) Коли потім Оулдз дозволив пацюкам самим проводити стимуляцію цих центрів натисканням на спеціальні педалі, то вони робили це так самовіддано (зі швидкістю до 7 тисяч натискань у годину), що падали від знемоги.

Більше того, вони готові були робити все, щоб одержати цю стимуляцію, навіть перебігати ділянка статі, через який пропускався струм, - чого не зробить навіть голодний пацюк, якщо побачить їжу.

Подібні центри задоволення в гіпоталамусі й довкола нього були пізніше знайдені й в інших видів, у тому числі в золотих рибок, дельфінів, мавп. Фактично досвіди над тваринами виявляють як загальну систему підкріплення, що запускає механізм вироблення медіатора допамина, так і окремі специфічні центри, пов'язані з насолодою при їжі, питві й сексі. Здається, що тварини з'являються на світло з уродженими системами підкріплення тих видів життєдіяльності, які необхідні для виживання.

Ці важливі відкриття змусили людей задуматися про те, що й у них можуть бути лімбічені центри, відповідальні за почуття задоволення. І вони є справді. Один нейрохірург використав електроди для заспокоєння душевнохворих. При цьому пацієнти проявляли ознаки задоволення, але, на відміну від пацюків, стимуляція не доводила їх до божевілля (Deutsch, 1972; Hooper & Teresi, 1986). Деякі дослідники вважають, що розлади, викликані вживанням алкоголю, наркотиків і об'їдання, можуть обумовлюватися синдромом дефіциту задоволення - генетично обумовленим дефіцитом задоволеності й благополуччя в природних мозкових системах, що приводить людей до вживання речовин, що компенсують недолік відчуття задоволеності або полегшують важкі почуття (Blum & others, 1996).

КОРА ГОЛОВНОГО МОЗКУ

Кора головного мозку це поверхня, що складається з дуже складного переплетення нервових кліток, які, як кора дерева, утворять тонкий поверхневий шар на мозкових півкулях. Це головний контрольний і інформаційно-обробний центр нашого тіла.

З розвитком кори головного мозку слабшає генетичний контроль над поведінкою і зростає пристосовність організму до навколишнього середовища. Так, жаби й інші амфібії мають маленьку кору головного мозку й живуть відповідно до запрограмованих генетичних інструкцій, більша кора ссавців відкриває перед ними широкі можливості пізнавати й мислити, і тому рівень їхньої пристосовності значно вище. Те, що виділяє нас із середовища тварин, виникає з дуже складних функцій нашої високорозвиненої кори головного мозку.

Структура кори

Розкривши череп, ми побачимо зморщений орган, що за своєю формою нагадує вміст волоського горіха. Вісімдесят відсотків ваги мозку доводиться на опуклі праве й ліве півкулі, заповнені аксонами, які з'єднують нейрони кори з нейронами інших ділянок мозку.

КОРА ГОЛОВНОГО МОЗКУ

Якщо розпрямити звивини кори мозку людини, то вони займуть відстань, рівну 4 сторінкам цієї книги; у шимпанзе - сторінці, у мавпи - поштовій листівці, у пацюка - поштовій марці (узяте з Science American, жовтень 1994, с. 102)

Тонкий поверхневий шар мозкових півкуль називається корою головного мозку. Він має товщину дюйма й складається приблизно з 30 мільярдів нервових кліток (квадратний міліметр тканини кори містить близько 150 000 нейронів (Ornstein, 1991).

Клітки глії — "клейкі клітини", які по своїй чисельності в 9 разів перевищують кількість нервових клітин, підтримують їх, харчують, ізолюють один одного за допомогою міеліна, сприяють взаємодії нейронів, містять іони й нейротрансмітери. Деякі вчені вважають, що клітки глії, "розмовляючи" з нейронами, беруть участь у передачі інформації й впливають на пам'ять (Travis, 1994).

Кожний нейрон взаємодіє з тисячами інших. Щоб відчути складність цих взаємозв'язків, уявимо собі, що ми повинні з'єднати 2 кубики конструктора "Lego" за допомогою 8 штифтів 24 способами й 6 кубиків майже 103 мільйонами способів. Якщо допустити що в корі головного мозку 30 мільярдів нейронів і кожний з них має приблизно 10000 взаємозв'язків з іншими нейронами, то ми одержимо кінцеву цифру, рівну приблизно 300 трильйонам синаптичених взаємозв'язків у корі. Як бачимо, щоб бути людиною, потрібно мати багато нервів.

Перше, що ви помічаєте - звивисту поверхня кори, при цьому видна тільки частина поверхні. Звивини значно збільшують загальну площу поверхні мозку. Якщо їх розпрямити, то вони приблизно розтяглися б на ширину газетної сторінки. У пацюків і в інших нижчих ссавців поверхня більше гладка, що означає меншу кількість нейронних волокон.

Кожна півкуля мозку поділена на 4 ділянки, або частки. Це: передні частки (за чолом); тім'яні частки (зверху й у напрямку до потилиці); потиличні частки (у задній частині мозку); скроневі частки (саме над вухом). Ці частки добре видні, тому що відособлені одна від іншої звивинами, або борознами. Кожна частка виконує багато функцій, а це вимагає взаємодії декількох часток.

Функції кори

Більше століття тому назад препарування трупів людей, які були частково паралізовані або втратили мову при житті, показало ушкодження специфічних ділянок кори мозку. Але цей факт не переконує нас у тім, що окремі ділянки мозку виконують тільки їм властиві функції. Якщо допустити, що контроль за мовою й рухами здійснюється всією корою, то ушкодження майже будь-якої її ділянки може дати однаковий результат. Ця ситуація нагадує несправний телевізор, що припиняє роботу, якщо перерізувати шнур електропроводки, але ми глибоко помилимося, якщо допустимо, що знайшли причини його несправності. Ми можемо також дуже легко помилитися, якщо спробуємо локалізувати функції мозку.

Кора головного мозку

Складне з'єднання взаємозв’язаних нервових клітин, які покривають півкулі головного мозку; центр остаточного контролю й обробки інформації.

Клітини глії

Клітини в нервовій системі, які не є нейронами, але підтримують, харчують і захищають нейрони.

Передні частки

Частина кори мозку, що перебуває відразу за стовбуром приймає участь в мові й русі м'язів, у плануванні й здатності міркувати.

Тім'яні частки

Частина кори мозку, що розташована на задній частині черепа й доходить до потилиці; містить у собі сенсорну зону

Потиличні частки

Частина кори мозку на задній частині черепа містить у собі зорові зони, кожна з яких одержує інформацію із протилежного візуального поля.

Скроневі частки

Частина кори мозку, що розташована приблизно над вухами; містить у собі зони, кожна з яких одержує слухову інформацію переважно із протилежного вуха.

Моторні функції

В 1870 році німецькі медики Густав Фріч (Fritsch) і Едвард Хітциг (Hitzig) за допомогою слабкої електричної стимуляції кори головного мозку собак зробили важливе відкриття. Вони змусили рухатися різні частини тіла в собак. Але результати були вибірковими: стимуляція викликала рухи тільки тоді, коли дратувалася дугоподібна область задньої частини передньої частки приблизно від вуха до вуха через всю верхню частину мозку. Цю дугу зараз називають моторною корою. Більше того, коли дослідники стимулювали окремі точки цієї ділянки в лівій або правій півкулі, то кінцівки рухалися на протилежних (щодо півкуль) сторонах тіла.

Тканина кори лівої півкулі, відведена кожній частини тіла в моторній і сенсорній корі.

Як видно з малюнка, ділянка кори, відведена тієї або іншої частини тіла не пропорційна розміру цієї частини. Навпаки, більші ділянки тканини, приділяються сенсорним органам, а також тим частинам тіла, які вимагають більше точного контролю. Так, пальці займають більше тканини кори, чим рука. Однак нейрони мають дуже складну взаємодію. Окремі м'язи пов'язані з багатофункціональними згустками нейронів, з якими взаємодіють і інші м'язи.

Півстоліття назад нейрохірург Отфрід Ферстер (Foerster) у Німеччині й Уайлдер Пенфілд (Penfield) у Монреале склали карту моторних зон при обстеженні сотень пацієнтів у стані бадьорості. Хірурги хотіли довідатися про можливі побічні ефекти видалення різних ділянок кори. Тому перш ніж використати скальпель, вони не боляче (мозок не має сенсорних рецепторів) стимулювали різні ділянки кори й стежили за реакцією тіла. Як Фрич і Хітциг, вони помітили, що при стимуляції різних ділянок моторної зони кори на задній частині передньої частки рухалися різні частини тіла. От чому вони змогли скласти карту моторної зони відповідно до тих частин тіла, які нею контролюються. Цікаво, що ті органи тіла, які вимагають точного контролю над собою, - пальці й рот - займають самі більші ділянки кори мозку.

Однак сучасні дослідження показують, що взаємодії м'язів з мозком не так прості, як показали ранні досліди по стимуляції мозку. В одному дослідженні застосували функціональне МРВ, щоб простежити, у яких ділянках мозок починає "світитися" коли рухаються ті або інші м'язи (Sanes & others, 1995). Вони виявили, що, наприклад, рух якого-небудь пальця або зап'ястя активізувало безліч ділянок кори іноді одночасно. Хоча й вірно, що певні ділянки кори контролюють відповідні частини тіла й що одним органам для руху потрібно більше мозкової тканини, чим іншим, - все-таки загальна картина набагато складніше для того, щоб забезпечити взаємодію безлічі м'язів, необхідно для тих або інших рухів.

Перші люди, які розкрили мозок і дали назву його частинам, використали мову науки - латинський і грецький. Слова - це спроби дати графічний опис. наприклад, cortex означає "кора", cerebellum - "маленький мозок", thalamus - "внутрішня камера".

Нейролог Хозе Дельгадо (Delgado) продемонстрував механіку рухових дій кори. Він змусив мавпу посміхнутися 400 тисяч разів. А стимуляція однієї ділянки моторної зони лівої півкулі пацієнта змушувала його праву руку стискуватися в кулак. Коли його перед початком наступної стимуляції попросили не стискати пальці в кулак, він, продовжуючи робити це проти свого бажання, сказав: "мені здається, доктор, що ваша електрика сильніше моєї волі" (Delgado, 1969).

Останнім часом учені навчилися передбачати, що намалює мавпа за десяту частку секунди до цього шляхом кількаразових вимірів діяльності моторної кори, що передує тим або іншим рухам руки (Gibbs, 1996).

Сенсорні функції

Якщо моторна ділянка мозку посилає сигнали органам тіла, то як вихідна інформація попадає в кору? Пенфілд визначив ділянку кори, що спеціалізується на прийнятті інформації від рецепторів шкірного покриву й від рухів різних органів тіла. Ця ділянка, що розміщається паралельно моторній зоні кори й безпосередньо за нею, перед тім'яною часткою, ми зараз називаємо сенсорною корою. Якщо стимулювати яку-небудь точку над ділянкою, то людина скаже, що хтось торкає її за плече; яку-небудь точку збоку й, можливо, людина відчує дотик до обличчя.

Візуальна й слухова кора

Потиличні частки одержують сигнали від очей. Слухова зона скроневих долей одержує інформацію від вух.

Мотоная кора

Ділянка на задній частині передніх часток який контролює довільні рухи.

Сенсорна кора

Ділянка перед тім'яними частками, що обробляє сенсорні сигнали.

Чим більше чутливий орган тіла, тим більша площа виділяється йому в сенсорній зоні.

Ваші чуттєві губи займають більшу площу мозку, ніж пальці ніг (мал. 2.17). Пацюки мають більші ділянки мозку, відведені їхнім чутливим вусам, сови органам слуху й т. д. Коли, наприклад, мавпа або людина втрачають палець, то ділянка сенсорної зони, призначена для одержання сигналів від нього, розгалужується для одержання сенсорної інформації від сусідніх пальців, які придбають більшу чутливість (Fox, 1984). Це свідчить про те, що мозок утворюєся не тільки нашими генами, але й нашим досвідом.

Подальші дослідження показали, у якому місці кора одержує інформацію від різних сенсорних органів. У цей момент ви одержуєте візуальну інформацію в потиличній частці, у самій задній частині мозку. Якщо стимулювати цю частку, то можна побачити спалахи світла або різку зміну кольорів. У якомусь смислі ми й справді маємо очі на потилиці. Відтіля візуальна інформація, що ви зараз обробляєте, іде до інших ділянок мозку, що спеціалізується на інших завданнях - таких, як, наприклад, ідентифікація слів, виявлення почуттів і пізнавання осіб.

Будь-який звук, що ви чуєте, обробляється слуховими ділянками ваших скроневих часток (мал. 2.18). Більша частина цієї слухової інформації проходить круговий маршрут від одного вуха до звукосприймаючої ділянки над протилежним. Стимуляція цього місця дасть вам можливість почути звук.

Асоціативні зони

Ділянки кори мозку, що не беруть участь і виконання первинних моторних і сенсорних функцій, швидше за все, вони задіяні у вищих розумових функціях - таких, як навчання, пам'ять, мислення, мова.

Афазія

Порушення мови, викликане, як правило, ушкодженням мозку в зоні мозку (порушення мови) або в зоні Верніке (порушення розуміння).

Зона Брока

зона лівої передньої частки, що керує рухом м'язів при вимові слів.

Зона Верніке

Зона лівої скроневої частки, відповідальна за розуміння мови.

Асоціативні функції

До цього часу ми вели мову про маленькі ділянки кори, які або одержують сенсорну інформацію, або регулюють рухові реакції м'язів. У людей вони займають близько тонкого зморщеного покриття — кори. Нейрони в цих асоціативних зонах (зони чорних кольорів на мал. 2.19) збирають інформацію. Вони асоціюють різні вхідні сенсорні сигнали які зберігаються в пам'яті, а це важлива частина розумового процесу.

Електростимуляція асоціативних зон не дає ніякої реакції. Так що на відміну від сенсорної й моторної ми не можемо так точно описати функції асоціативних зон, їхня бездіяльність, мабуть, і мається на увазі, коли мова йде про найпоширеніший психологічний міф: нібито ми в повсякденному житті використаємо тільки 10% свого мозку. Цей міф – "одне із самих міцно сидячих у ґрунті рослин із саду психології" як пише Дональд Мак Бурні (mcburney, 1996), - припускає, що якби ми могли активізувати свій мозок, то були б значно розумніше тих, хто живе на 10% потенційній потужності мозку.

Але спостерігаючи за тваринами, у яких вилучений мозок, і людьми з ушкодженим мозком, ми виявляємо, що асоціативні зони не сплять. (У мозку немає ніяких апендиксів, тобто ніяких непотрібних тканин.) Навпаки, вони пояснюють, узагальнюють інформацію, що обробляється сенсорними ділянками, і приймають відповідні рішення.

Асоціативні зони передньої частки дають можливість планувати й робити прогнози. Люди з ушкодженими передніми частками можуть мати відмінну пам'ять, набирати високі бали в тестах на розумові здатності, добре пекти пироги, але вони не можуть заздалегідь спланувати початок випічки пирога.

Зони кори чотирьох ссавців

Тварини з більше розвиненим інтелектом мають збільшені асоціативні зони кори. Ці більші зони кори відповідають за об'єднання й обробку інформації, одержуваної від сенсорної зони, і прийняття рішень на основі такої обробки.

Діяльність мозку при зоровому й слуховому сприйнятті, а також проголошенні слів.

За допомогою сканера ПЕТ можна простежити за діяльністю різних ділянок мозку шляхом виміру відносного засвоєння ними їхнього звичайного палива - глюкози - з тимчасовою добавкою до неї радіоактивної речовини. На серії бічних знімків лівої півкулі головного мозку пацієнтів показані рівні підвищеної активності мозку в окремих зонах: а) коли слово чується - у слуховой зоні Верніке; б) коли слово бачиться - у зоровій корі й кутовій звивині мозку; в) коли слово повторюється - у зоні Брока й моторній зоні кори. Плями показують, де мозок скоріше засвоює глюкозу.

Ушкодження лобової частки можуть змінити індивідуальність, роблячи людину нестриманою, грубою і нерозбірливою. Класичний приклад - Фінеас Гейдж (Gage), робітник-залізничник. В 1848 році 25-літній Гейдж трамбував порох в отвір скелі металевим стрижнем. Іскра підпалила порох, і в результаті вибуху металевий стрижень, проткнувши ліву щоку, вийшов назовні через верхню частину черепа, сильно ушкодивши передню частку. Гейдж дивував всіх тим, що міг сидіти й розмовляти, а після того як рана зажила, він повернувся на роботу. І хоча його розумові здатності й пам'ять залишилися колишніми, характер змінився. Увічливий, розважливий Фінеас Гейдж перетворився в дратівливу, примхливу, грубу людину, що втратила роботу й змушений був заробляти на життя на ярмарках, демонструючи свою покалічену голову. На думку його друзів, ця людина "уже був не Гейдж". Ушкодивши передні частки, Гейдж втратив моральні орієнтири.

Асоціативні зони інших часток також виконують психічні функції. Наприклад, зона з нижньої сторони правої скроневої частки дає можливість пізнавати обличчя. Якщо в результаті удару або травми ділянка мозку виявляється ушкодженою, то ви зможете описати риси особи людини, розпізнати його стать і приблизний вік, але не зможете довідатися його в обличчя, назвати його, скажемо, Борисом Єльциним, найближчим сусідом або вашою дружиною. А взагалі, складні психічні функції такі як навчання й пам'ять, не фокусуються в якому-небудь одному місці. На асоціативній корі пацюка, відносно невеликій, немає ні одної ділянки, що у результаті ушкодження позбавила б її можливості дізнаватися й пам'ятати ходи в лабіринті нори. Такі функції стосуються всіх асоціативних зон кори.

Мова

Таке унікальне людське явище, як мова, існує завдяки дуже складній взаємодії багатьох відділів мозку. Зверніть, наприклад, увагу на цікаве відкриття, суть якого в тім, що ушкодження будь-якої ділянки кори може викликати афазію, або порушення мови. Ще більший інтерес викликає те, що іноді афазики здатні швидко говорити, але не можуть читати або можуть читати, але не можуть писати, здатні дізнаватися цифри, але не букви, можуть співати, не вміючи розмовляти. Такі явища змушують задуматися, тому що ми вважали, що мова й читання, лист і читання, спів і мова це різні аспекти однієї й тієї ж загальної здібності. Зверніть увагу на ключові положення, які допомогли розгадати таємницю:

В 1865 році французький медик Поль Брока (Вгоса), писав, що ушкодження однієї специфічної ділянки лівої передньої частки, пізніше названою зоною Брока, викликало у хворих труднощі у вимові слів, але вони могли співати знайомі пісні й розуміти мову.

В 1874 році німецький учений Карл Верніке (Wernike) відкрив, що ушкодження специфічної ділянки лівої скроневої частки (зона Верніке) хоч і давала людям можливість вимовляти слова, але їхня мова втрачала всякий зміст. Коли хворих попросили описати малюнок, на якому два хлопчики намагалися украсти печиво за спиною в жінки, один із хворих вимовив: "Мами немає. Її робота, зробити їй краще, але коли вона дивиться, двоє хлопчиків дивляться на іншу частину. Вона працює другий раз" (Gesch-wind, 1979).

Пізніше з'ясувалося, що читання вголос підключає третю зону мозку. Кутова звивина одержує візуальну інформацію від візуальної зони й перетворює її в слухову, а потім у зоні Верніке вона обробляється й набуває сенсу. Нервові волокна з'єднують ці ділянки мозку.

Норман Гешвинд (Geschwind) на основі вищенаведених положень спробував пояснити, як ми користуємося мовою. Коли ви читаєте вголос, то слова: реєструються в зоровій зоні (1), передаються кутовій звивині, що перетворює слова в слуховий код (2), що приймається й стає зрозумілим у зоні Верніке (3), а потім посилає в зону Брока (4), що контролює моторну зону, уможливлюючи вимову слів (5) (мал. 2.20). Різні форми афазії виникають залежно від того, яка ланка в цьому ланцюзі ушкоджена. Ушкодження кутової звивини хоч і дозволяє людині говорити й розуміти мова, але позбавляє її можливості читати. Ушкодження зони Верніке перешкоджає розумінню. Ушкодження на ділянці Брока порушує вимова. Знову й знову підтверджується загальний принцип: складні здібності це результат складної взаємодії багатьох ділянок мозку.

Іншими словами, мозок функціонує, розділяючи свої функції - вимова, сприйняття, міркування, запам'ятовування на підфункції. Наш свідомий досвід тільки здається неподільним. Зараз, читаючи, ви сприймаєте цілу візуальну картину, начебто ваші очі - це відеокамери, що проектують видиме в мозок. Фактично, коли ми щось сприймаємо візуально, наш мозок розбиває видиме на специфічні аспекти - такі як кольори, глибина, рух і форма. (Після локального ушкодження, що виводить із ладу яку-небудь із робочих груп нейронів, люди можуть втратити якийсь аспект бачення, наприклад здатність сприймати рух.) Кожна із цих спеціалізованих нейронних мереж, обробивши свою частку інформації, передає її мережам "вищого рівня", які теж, обробивши неї, далі передають асоціативним зонам вищого рівня, у результаті чого ми пізнаємо обличчя "бабушки". Те ж саме можна сказати й про читання слова. Мозок сприймає форму слова, його звучання й значення, використовуючи різні нейронні мережі (Posner & Carr, 1992). Подумайте про це: Те, що ви сприймаєте як безперервний і неподільний потік інформації, є всього лише видимою верхівкою айсберга, що перероблює інформацію, більша частина якого схована під поверхнею вашого свідомого досвіду.

На закінчення можна сказати, що підсистеми розуму локалізовані на специфічних ділянках мозку (мал. 2.21), і в той же час мозок діє як єдине ціле. Рух руки, пізнавання обличчя, навіть сприйняття кольору, руху й глибини - всі залежить від специфічних нейронних мереж. Але складні функції - такі як мова, навчання й любов, вимагають взаємодії багатьох ділянок мозку. Два принципи - спеціалізація й інтеграція - діють в обох півкулях мозку.

РОЗДІЛЕНИЙ МОЗОК

Уже більше сторіччя клінічні дані свідчать про те, що дві півкулі мозку виконують різні функції. Нещасні випадки, удари, пухлини на лівій півкулі звичайно сповільнюють читання, письмо, мову, арифметичні підрахунки й розуміння. Подібні аномалії на правій півкулі не мають настільки серйозного впливу. Тому й не дивно, що ліва півкуля відомо як "домінантне", або "головне", а його мовчазний сусід праворуч як "підпорядковане", або "другорядне". Ліва вербальна півкуля порівнянна з видимою стороною Місяця, яку можна спостерігати й вивчати. Звичайно, у Місяця є й інша сторона, але її не можна бачити. (У деяких лівш мова обробляється в правій півкулі, див. С. 103.)

До 1960 року скрізь сходилися в думці про перевагу лівої півкулі. Але потім виявилося, що "другорядне" праве не таке уже і підпорядковане. Історії цього відкриття – одна із самих цікавих сторінок в історії психології.

Мозолисте тіло

Це велике скупчення нервових волокон зв'язує дві півкулі мозку. Щоб сфотографувати половину мозку, півкулі були розділені по мозолистому тілу й нижчим ділянкам мозку(або corpus callosum) широку смугу аксонових волокон, що з'єднує дві півкулі (мал. 2.22).

Мозолисте тіло

Великий узи нейронних волокон, що з'єднує дві півкулі й передає інформацію від одного до іншого.

Розщеплення мозку

Ситуація, коли дві півкулі мозку ізолюються друг від друга шляхом перерізання волокон, які їх з'єднують не таке вже й підлегле, а історія цього відкриття - одна із самих цікавих сторінок в історії психології.

Розщеплення мозку

В 1961 році два нейрохірурги з Лос-Анджелеса Филип Фогель (Vogel) і Джозеф Боген (Bogen) збиралися прооперувати деяких пацієнтів, хворих епілепсією. Хірурги висловили припущення, що найважчі припадки хвороби обумовлені ростом і без того сильної активності мозку, що підтримується між правою й лівою півкулями. А оскільки це так, то хірурги зацікавилися, чи можливо поставити гострі епілептичні припадки під контроль, якщо порушити взаємодія півкуль. Для цього потрібно було перерізувати мозолисте тіло широкою полосою аксонових волокон, яка з’єднує дві півкулі.

Вони мали всі підстави думати, що така операція сильно не зашкодить хворим). Психологи Роджер Сперри (Sperry), Рональд Майерс (Myers) і Майкл Газзаніга (Gazzaniga) уже розділяли в такий спосіб мозок котів і мавп без важких наслідків. У результаті Фогель і Боген зважилися на операцію. І що ж? Припадки майже зникли, хворі прийшли в нормальний стан, а їхній інтелект і особистісні якості майже не постраждали. Прокинувшись після операції, один хворий навіть пожартував, що в нього "розколюється від болю" голова (Gazzaniga, 1967).

Якби ви поговорили з таким пацієнтом з розщепленим мозком, то ви, напевно, не помітили б нічого незвичайного. Ви зрозуміли б тоді, чому років 10 назад невропсихолог Карл Лэшли пожартував, що мозолисте тіло існує тільки для того, "щоб не дати можливості півкулям прогинатися". Але жарт жартами, а все-таки широка смужка, що складається з 200 мільйонів нервових волокон, здатна передавати більше мільярда бітів інформації в секунду з однієї півкулі в інше, повинна мати й більше важливе призначення. Виявилося» що так воно і є. А виявили це й дали ключ до розуміння специфічних функцій обох півкуль саме досліди Сперрі й Газзаніга.

Незабаром після однієї з операцій по розщепленню мозку дослідники помітили, що коли вони клали яку-небудь річ у ліву руку пацієнта, він не відчував її. Це не здивувало дослідників. Вони знали, що інформація від лівої руки йде до правої півкулі, а їхні досліди над тваринами показали, що права півкуля не змогла б послати цю інформацію до зон лівої півкулі, які контролюють мову. Коли Сперрі й Газзаніга провели кілька досвідів на сприйняття, були отримані сенсаційні результати.

Наші очі так взаємодіють із мозком, що коли ми дивимося просто перед собою, те ліва половина нашого поля зору через обоє очей передається на праву півкулю (мал. 2.23). І точно так само права половина поля зору передається тільки лівій півкулі; Одна жінка, у якої в результаті потужного удару була ушкоджена ділянка лівої півкулі, відповідальна за зір, час від часу скаржилася, що медичні сестри не ставлять десерт або каву на її підніс. Коли ж вона повертала голову так, що підніс з'являвся в правій частині її поля зору (де кора лівої півкулі могла його візуально сприймати), вона звичайно викрикувала: "а де ж він був раніше?" (Sacks, 1985).

Шлях, що проходить сигнал від очей до мозку

Інформація від лівої частини поля зору сприймається тільки правою півкулею, а інформація від правої частини поля тільки (зверніть увагу на те, що кожне око одержує сенсорну інформацію від обох частин поля зору). Дані, отримані однією з півкуль, швидко передаються іншій через мозолисте тіло. У пацієнтів з розщепленим мозком і з розділеним мозолистим тілом такий обмін інформації не відбувається.

У здоровому неушкодженому мозку інформація, що надходить тільки в праву півкулю, швидко відсилається в ліве, котре її вербалізує. Але що відбувається зі здоровою у всіх відношеннях людиною, у якої розділене мозолисте тіло? Щоб відповісти на це питання, дослідники просять пацієнта з розщепленим мозком дивитися на яке-небудь позначене ними місце. Потім вони посилають інформацію в ліву або праву півкулю (вона то в правій, то в лівій частині поля зору). І нарешті, працюють із кожною півкулею окремо.

Подивіться і скажіть, чи можете ви відгадати результати експерименту, у якому використана ця процедура (Gazzaniga, 1967). Поки пацієнт вдивляється в одну точку, слово HEART миготить у його полі зору: НЕ - у лівій половині поля, а ART - у правій. По-перше, що ж, за їхніми словами, бачили пацієнти? По-друге, коли їх попросили показати лівою рукою, що вони бачать - НЕ або ART, - те що вони показали?

Коли в поле зору пацієнта миготить слово HEART, те пацієнт із розщепленим мозком бачить тільки ту частину слова, що передається його лівій півкулі. Однак, коли його просять показати лівою рукою, що він бачив, то він показує частину слова, що передається на праву півкулю (From Gazzaniga, 1983).

Як видно з мал. 2.24 пацієнти говорили, що бачать ART і були розгублені, коли їх ліва рука показала на НЕ. Кожній півкулі дали можливість висловитися, і вони рапортували тільки про те, що сприймали. І так само, коли малюнок ложки мелькав в правій частині поля зору, пацієнти не могли сказати, що перед ними. Але коли їх попросили намацати лівою рукою цю річ серед безлічі інших речей, які лежали за екраном, пацієнти безпомилково вибирали ложку (мал. 2.25). Якщо експериментатор говорив: "Візьми річ справа", то пацієнт міг відповісти: "Що? Чому справа? Як я можу вибрати те, що потрібно, якщо я не знаю, що я бачив?" Звичайно, в цьому випадку відповідає ліва півкуля, розгублена через те, що знає його сусід справа. Було схоже на те, що пацієнти мали „два незалежних один від одного світа" (Sperry, 1968).

Ліва півкуля, виступаюча в ролі прес-секретаря мозку, займається розумовою гімнастикою, щоб додати значення реакціям, яких він не розуміє. Якби пацієнт виконував наказ, який посилається правій півкулі ("іди"), те ліва дала б готове пояснення ("Я йду в будинок, щоб узяти пляшку кока-коли"). Таким чином, Майкл Газзаніга стверджує (1988), що ліва півкуля є "інтерпретатором", який миттєво формує теорії для пояснення нашої поведінки.

Ці досвіди свідчать про ті, що права півкуля розуміє прості прохання й легко сприймає об'єкти. Фактично права півкуля навіть перевершує ліве при копіюванні малюнків, пізнаванні облич, сприйнятті відмінностей і виразі емоцій через більш виразну ліву сторону обличчя (Hauser, 1993; Metcalfe & others, 1995; Skinner & Mullen, 1991). Більшість парних органів тіла нирки, легені», груди - виконують ідентичні функції, створюючи систему захисту на той випадок, якщо одна половина органу вийде з ладу. Чого не можна сказати про дві половини мозку, які утворюють незвичайну біологічну пару, при цьому кожна половина виконує тільки їй властиву функцію.

Перевага правої півкулі при сприйнятті видно в одному з фільмів Сперрі. Ліва рука пацієнта з розщепленим мозком (направляється правою півкулею) з легкістю переставляє кубики відповідно до малюнка. Коли ж права рука, що управляється лівою півкулею, пробує виконати те ж завдання, вона робить багато помилок. Права півкуля, що стежить за цим, починає соромитися, і воно наказує лівій руці зупинити невдаху праву. Але вперта права рука відштовхує ліву. Після дослідів деякі пацієнти з розщепленим мозком скаржилися на неслухняність лівої руки, що могла розстібати ґудзика на сорочці, у той же час як права защібала їх. Розщеплення мозку залишає людей "с двома незалежними один від одного розумами" (Sperry, 1964).

"Не дозволяйте вашій лівій руці знати що робить права"

Євангеліє від Матвія 8:3

НЕВЕРБАЛЬНА ПРАВА ПІВКУЛЯ

Після того як на екрані промайнуло зображення ложки, права півкуля направляє ліву руку пацієнта на цей об'єкт, що перебуває в числі декількох інших розташованих за екраном. Але пацієнт із розщепленим мозком не може сказати, що він бачив на екрані (Gazzaniga, 1983).