Мозок людини – принципи його роботи, можливості, межі фізіологічного та психічного навантаження – продовжують залишатися для дослідників однією великою загадкою. Незважаючи на всі успіхи в його вивченні, пояснити, як ми мислимо, зрозуміти механізми свідомості та самосвідомості вчені поки що не в змозі. Нагромаджених знань про роботу мозку, втім, достатньо, щоб спростувати деякі поширені міфи про нього.
Стародавні люди були розумнішими за нас?
Середній обсяг мозку сучасної людини — близько 1400 кубічних сантиметрів, це досить велика величина наших розмірів тіла. Великий мозок людина відростила собі під час еволюції — антропогенезу. $CUT$Наші мавпоподібні предки, які не мали великих кігтів і зубів, спустившись з дерев і перейшовши до життя на відкритих просторах, почали розвивати мозок. Хоча цей розвиток не відразу пішов швидко — у австралопітеків обсяг мозку (близько 500 кубічних сантиметрів) практично не змінювався шість мільйонів років. Стрибок у його збільшенні стався два з половиною мільйони років тому.
У ранніх Homo sapiens мозок вже значно виріс – у Homo erectus (Людини прямоходячої) його об'єм становить від 900 до 1200 кубічних сантиметрів (це перекривається діапазоном мозку сучасної людини). У неандертальців мозок був дуже великим —1400-1740 кубічних сантиметрів, що у середньому більше, ніж ми. Ранні Homo sapiens на території Європи – кроманьйонці – просто заткнуть нас за пояс своїм мозком: 1600-1800 кубічних сантиметрів (щоправда, кроманьйонці були високими – 180-190 сантиметрів, а антропологи знаходять прямий зв'язок між розміром мозку та зростанням).
Мозок у еволюції людини як збільшувався, а й змінювався за співвідношенням різних елементів. Палеоантропологи досліджують мозок копалин гомінід по виливку з черепа – ендокрану, який показує відносний розмір часток. Найшвидше розвивалася лобова частка, що з мисленням, свідомістю, появою промови (зона Брока). Розвиток тім'яної частки супроводжувалося вдосконаленням чутливості, синтезу інформації від різних органів чуття та тонкої моторики пальців рук. Скронева частка підтримувала розвиток слуху, що забезпечує звукову мову (зона Верніке). Так, наприклад, у еректусів мозок виріс завширшки, збільшилася потилична частка і мозок, але лобова частка залишалася низькою і вузькою. І у неандертальців у їхньому великому мозку лобова і тім'яна частка були розвинені відносно слабо (порівняно з потиличною). У кроманьйонців мозок став значно вищим (за рахунок збільшення лобових і тім'яних часток) і набув сферичної форми.
Отже, мозок наших предків зростав, але, що парадоксально, близько 20 тисяч років тому почалася зворотна тенденція: мозок почав поступово зменшуватися. Тож у сучасних людей середній розмір мозку менший, ніж у неандертальців та кроманьйонців. У чому причина?
Думка антрополога
Відповідає антрополог Станіслав Дробишевський (доцент кафедри антропології біологічного факультету МДУ): «На це питання є дві відповіді: одна всім подобається, інша вірна. Перший такий, що розмір мозку прямо не пов'язаний з інтелектом, і у неандертальців і кроманьйонців будова була простішою, ніж у нас, але технічна недоробленість компенсувалася великими розмірами, і нібито не повністю. Насправді ж про нейронну структуру мозку давніх людей ми зовсім нічого не знаємо, тож така відповідь — повна спекуляція, яка втішає зарозумілість сучасних людей. Друга відповідь більш реальна: стародавні люди були розумнішими.
Вони повинні були вирішувати купу завдань на виживання, причому думати дуже швидко, на відміну від нас, яким все подається на блюдечку з блакитною облямівкою, та ще в розжованому вигляді, та й поспішати нікуди не треба. Стародавні люди були універсалами — кожен зберігав у голові повний набір інформації, необхідний виживання у всіх ситуаціях, плюс мала бути здатність реактивно розуміти у непередбачених ситуаціях. У нас же є спеціалізація: кожен знає малесенький шматочок своєї інформації, а в разі чого — зверніться до фахівця.
Думка нейробіолога
Сергій Савельєв, завідувач лабораторії розвитку нервової системи Інституту морфології людини РАМН: «Це пов'язано з тим, що у популяції людей діє штучний відбір, спрямований на те, щоб знизити індивідуальну мінливість і спрямовано відбирати високосоціалізованих посередностей. А надто розумних та асоціальних особин знищувати. Така спільнота більш керована, складається з більш передбачуваних людей, що завжди вигідно. За всіх часів суспільство жертвувало збудниками спокою на користь неконфліктності та стабільності. Раніше їх просто з'їдали, а пізніше виганяли з спільноти. Саме через це, на мій погляд, через міграцію найрозумніших ізгоїв, і почалося розселення людства. На осілих, консервативних і більш соціалізованих групах йшов прихований відбір закріплення деяких найзручніших і сприятливих підтримки спільноти якостей поведінки. Відбір з поведінки спричинив зменшення мозку».
МОЗОК НЕАНДЕРТАЛЬЦЯ ВІДРІЗНЯЄТЬСЯ ВІД НАШОГО ВСЬОГО ОДНИМ ФАЗОМ РОЗВИТКУ
Знахідки неандертальських дітей дають можливість простежити, як розвивався їхній великий мозок. Вчені з Інституту еволюційної антропології в Лейпцигу Товариства Макса Планка разом із французькими колегами зробили реконструкцію порівняльного розвитку мозку неандертальця та Homo sapiens. Спочатку вчені провели комп'ютерну томографію черепа 58 сучасним людям. А потім зробили те саме, поклавши в томограф черепа дев'ятьох неандертальців різного віку.
Хоча за розміром череп неандертальця не менший за наш, за формою вони суттєво різняться. Але у новонароджених обох видів мозкова коробка за формою майже не відрізняється – у неандертальського немовля вона зовсім трохи витягнуті. А далі шляхи розвитку розходяться. У сучасної людини в період від відсутності зубів до неповного набору різців змінюється не тільки розмір, а й форма мозкової коробки – вона стає більш кулястою. А потім збільшується лише у розмірі, а формою майже не змінюється. Біологи вирішили, що це є ключовим процесом мозкового формоутворення, який відсутній у неандертальців. Форма черепа їх новонароджених, підлітків та дорослих майже не відрізняється. Разом різниця – в одній критичній стадії відразу після народження. Ймовірно, вважають вчені, така помітна зміна форми супроводжується перетворенням внутрішньої будови мозку та розвитком нейронної мережі, що створює умови для розвитку інтелекту. Статтю розвитку мозку різних видів людини вчені опублікували у журналі Current Biology.
МІФ 1. ЧИМ БІЛЬШЕ МОЗОК, ТИМ ВІН РОЗУМНІШЕ
Розміри мозку досить різняться і серед сучасних людей. Так, відомо, що у Івана Тургенєва мозок важив 2012 грам, а у Анатоля Франса майже на цілий кілограм менше – 1017 грам. Але це зовсім не означає, що Тургенєв був вдвічі розумнішим за Анатоля Франса. Більше того, зареєстровано, що власник найважчого мозку – 2900 грам – був розумово відсталим.
Оскільки найважливіша частина мозку — це нервові клітини, чи нейрони (вони утворюють сіру речовину), можна припустити, що чим більше мозок, тим більше нейронів. А що більше нейронів, то краще вони працюють. Але в мозку є не тільки нейрони, а й гліальні клітини (вони виконують опорну функцію, спрямовують міграцію нейронів, забезпечують їх поживними речовинами, а, за останніми даними, беруть участь в інформаційних процесах). Крім того, частина маси мозку утворена білою речовиною, яка складається з провідних волокон. Тобто зв'язок між розміром мозку та кількістю нейронів є, але не прямий. А зв'язку між розміром мозку та інтелектом, очевидно, немає взагалі.
МІФ 2. НЕРВНІ КЛІТИНИ НЕ ВІДНОВЛЮЮТЬСЯ
Так як нейрони не діляться, довгий час вважалося, що утворення нових нервових клітин відбувається лише в ембріональному розвитку. Те, що це не так, вчені виявили ще кілька років тому. З'ясувалося, що у мозку дорослих лабораторних щурів і мишей є зони, де відбувається народження нових нейронів — нейрогенез. Їх джерело – стовбурові клітини нервової тканини (нейральні стовбурові клітини). Пізніше було знайдено, що й людина має такі зони. Дослідження показали, що нові нейрони активно відрощують контакти з іншими клітинами та включаються до процесів навчання та пам'яті. Повторимо: у дорослих тварин та людей.
Далі вчені почали вивчати, які зовнішні чинники можуть впливати народження нейронів. І з'ясувалося, що нейрогенез посилюється при інтенсивному навчанні, при збагаченні умов середовища та при фізичній активності. А найсильнішим фактором, що гальмує нейрогенез, виявився стрес. Ну, і з віком цей процес все ж таки уповільнюється. Те, що правильне для лабораторних тварин, у разі можна повністю перенести на людини. Тим більше спостереження та дослідження на людях це підтверджують. Тобто, щоб посилити утворення нових нервових клітин, потрібно тренувати мозок, навчатися нових навичок, запам'ятовувати більше інформації, урізноманітнити своє життя новими враженнями і вести фізично активний спосіб життя. У літньому віці це призводить до такого ж ефекту, що й у молоді роки. А ось стрес для народження нових нейронів згубний.
Мозок можна накачати на біговій доріжці
Дослідження, проведене міжнародною групою вчених та опубліковане в журналі PNAS, показало, що аеробні вправи (заняття на біговій доріжці) у літньому віці нарощують гіпокамп — область мозку, яка дуже важлива для пам'яті та просторового навчання. Його обсяг визначали у магнітно-резонансному томографі. Вважається, що з віком гіпокамп зменшується зі швидкістю 1-2% на рік. Фахівці вважають, що така атрофія гіпокампу пов'язана з віковим ослабленням пам'яті. Так от, у літніх піддослідних, які протягом року займалися на біговій доріжці, обсяг гіпокампу не тільки не зменшився, а навіть збільшився, а також покращала просторова пам'ять порівняно з контрольною групою. Причина — знову ж таки у стимуляції утворення нових нейронів.
Стрес ушкоджує мозок. Цікаве життя – відновлює
Стрес у дитинстві особливо шкідливий для мозку. Його наслідки позначаються на психіці, поведінці та інтелектуальних здібностях дорослої людини. Але є спосіб компенсувати згубний вплив раннього стресу. Як показали на лабораторних щурах ізраїльські вчені, допомогти можна, якщо збагатити місце існування постраждалого. Стрес руйнує мозок за допомогою гормонів, до яких належать кортикостероїди, що виробляються у надниркових залозах, а також гормони гіпофіза та щитовидної залози. Підвищений їх рівень викликає зміни в дендрі-тах – коротких відростках нейронів, знижує синаптичну пластичність, особливо в гіпокампі, уповільнює утворення нових нервових клітин у зубчастій звивині гіпокампу та інше. Такі порушення у період розвитку мозку не проходять безслідно.
Фахівці з Інституту вивчення нейробіології емоцій Університету Хайфи розділили лабораторних щурів на три групи. Одну в юному віці зазнали триденного стресу, другу після стресу помістили у збагачене середовище, третю залишили як контрольне. Пацюків, яким випало пожити у збагаченому середовищі, переселяли у велику клітку, де було безліч цікавих предметів: пластикові коробки, циліндри, тунелі, платформи та колеса для бігу.
При тестуванні щура зі стресової групи демонстрували підвищений страх та знижену допитливість та гірше навчалися.
У них була знижена мотивація до дослідження нового середовища, що можна порівняти зі втратою інтересу до життя, яке часто трапляється у людини в стані депресії. Але перебування у збагаченому середовищі компенсувало всі викликані стресом порушення поведінки.
Вчені припускають, що збагачення середовища захищає мозок від стресу з кількох причин: стимулює вироблення білків — факторів росту нервів, активує нейромедіаторні системи та сприяє утворенню нових нервових клітин. Результати вони опублікували у журналі PLoS ONE. Найпряміше відношення ці результати мають до дітей-сиріт, раннє дитинство яких пройшло в дитбудинку. Тільки цікаве та насичене життя, яке намагатимуться створити їм усиновлювачі, допоможе згладити важкий життєвий досвід.
МІФ З. МОЗОК ЛЮДИНИ ПРАЦЮЄ НА 10/6/5/2%
Це уявлення донедавна було дуже поширене. Зазвичай його приводили в обґрунтування того, що мозок має прихований потенціал, який ми не використовуємо. Але сучасні методи досліджень не підтверджують цю тезу. «Вона виникла через те, що коли навчилися реєструвати електричну активність окремих нейронів, виявилося, що з усіх нейронів у точці вимірювання в кожний момент часу активні дуже мало», — каже Ольга Сварник, керівник лабораторії системної нейрофізіології та нейронних інтерфейсів НБІК-центру РНЦ «Курчатівський інститут».
Нейронів у мозку близько 1012 (цифра весь час уточнюється), і вони дуже спеціалізовані: одні електрично активні під час ходьби, інші — під час вирішення математичного завдання, треті — під час любовного побачення тощо. Важко уявити, що буде, якщо вони раптом вирішать заробити одночасно! «Так само, як ми не можемо реалізовувати весь наш досвід в один і той же час, тобто не можемо одночасно вести машину, стрибати зі скакалкою, читати та інше, — пояснює Ольга Сварник, — так само й усі наші нервові клітини не можуть і не повинні бути активними одночасно. Але це зовсім не означає, що ми не використовуємо мозок повністю».
«Це вигадали ті психологи, які самі використовують мозок на два відсотки, — категорично стверджує Сергій Савельєв у розмові з кореспондентом. — Мозок можна використати лише повністю, у ньому нічого не можна відключити. За фізіологічними законами мозок не може працювати менше ніж наполовину, оскільки навіть коли ми не думаємо, у нейронах підтримується постійний метаболізм. А коли людина починає інтенсивно працювати головою, вирішувати якісь проблеми, мозок починає споживати енергії майже вдвічі більше. Решта — вигадки. І ніякі мізки не можна так натренувати, щоб інтенсифікувати їхню роботу вдесятеро».
МІФ 4. ЗА КОЖНУ ДІЮ ВІДПОВІДАЄ СВОЯ ЧАСТИНА МОЗКУ
Справді, у корі півкуль мозку людини нейробіологи виділяють зони, пов'язані з усіма органами почуттів: зором, слухом, нюхом, дотиком, смаком, і навіть асоціативні зони, де обробляється і синтезується інформація. А магнітно-резонансна томографія (МРТ) реєструє активність тих чи інших областей під час різних видів діяльності. Але карта мозку не є абсолютною, і з'являється все більше доказів, що все влаштовано набагато складніше. Наприклад, у процес промови залучені як відомі зона Брока і зона Вернике, а й інші частини мозку. А мозок, який весь час пов'язували з координацією руху, бере участь у різних видах мозкової діяльності.
З питанням, чи є в мозку спеціалізація, «Деталі світу» звернулися до Ольги Сварник: «У мозку є спеціалізація на рівні нейронів, і вона є достатньо постійною, — відповіла фахівець. — Але виділити спеціалізацію на рівні структур складніше, бо різні нейрони можуть лежати поруч. Можна говорити про скупчення нейронів, типу колонок, можна говорити про сегменти нейронів, що активуються в той самий момент, але неможливо реально виділити якісь великі області, які прийнято виділяти. МРТ відбиває активність кровотоку, але з роботу окремих нейронів. Напевно, за картинками, які одержують за МРТ, ми можемо сказати, де з більшою чи меншою ймовірністю можна знайти ті чи інші спеціалізації нейронів. Але говорити про те, що якась зона за щось відповідає мені здається неправильним ».
МІФ 5. МОЗОК – ЦЕ КОМП'ЮТЕР
На думку Ольги Сварник, порівняння мозку з комп'ютером не більше ніж метафора: «Ми можемо фантазувати, що в роботі мозку є певні алгоритми, що людина почула інформацію і щось робить. Але сказати, що наш мозок працює саме так, було б неправильно. На відміну від комп'ютера у мозку немає жодних функціональних блоків. Наприклад, вважається, що гіпокамп – це структура, яка відповідає за пам'ять та просторову орієнтацію. Але нейрони гіпокампу поводяться неоднаково, вони різна спеціалізація, де вони функціонують як єдине ціле».
А ось що вважає з того ж питання біолог і популяризатор науки Олександр Марков (Інститут палеонтології РАН): «У комп'ютері всі сигнали якими обмінюються елементи логічних схем, мають одну і ту ж природу — електричну, і ці сигнали можуть приймати тільки одне з двох значень — 0 або 1. Передача інформації в мозку заснована не на двійковому. Якщо збудливий сигнал співвіднести з одиницею, яке відсутність з нулем, то гальмуючий сигнал можна уподібнити мінус одиниці. Але насправді в мозку використовуються хімічні сигнали кількох десятків типів — все одно, якби в комп'ютері використовувалися десятки різних електричних струмів… А нулі та одиниці могли б мати десятки різних, скажімо, кольорів.
Найголовніша ж відмінність у тому, що провідність кожного конкретного синапсу… може змінюватися залежно обставин. Цю властивість називають синаптичною пластичністю. Є ще одна радикальна відмінність мозку від електронно-обчислювальної машини. У комп'ютері основний обсяг пам'яті зберігається над логічних електронних схемах процесора, а окремо, у спеціальних запам'ятовуючих пристроях. У мозку немає ділянок, спеціально виділених для тривалого зберігання спогадів. Уся пам'ять записана в тій самій структурі міжнейронних синаптичних зв'язків, яка одночасно є і грандіозним обчислювальним пристроєм аналогом процесора».