Дуглас Фокс

Фрагмент книги «Ничто», под редакцией Джереми Уэбба. Издательство «Лаборатория знаний», 2016.

Люди изучают внутреннее устройство человеческого тела уже не первое тысячелетие, так что найти новый орган в XXI веке — достижение неслыханное. А ведь, по сути, именно это сделали два исследователя, о которых пойдет речь. Свое открытие они совершили благодаря простому вопросу: что происходит, когда мозг отдыхает, то есть ничего не делает? 

В 1953 году врач по имени Луис Соколофф положил 20-летнего студента колледжа на кушетку, прикрепил к его голове электроды и вставил шприц в его яремную вену.

В течение часа доброволец лежал и решал арифметические примеры. Все это время Соколофф снимал его электроэнцефалограмму и отслеживал содержание кислорода и углекислого газа в его крови.

Соколофф, сотрудник Пенсильванского университета (Филадельфия), пытался таким путем выяснить, сколько энергии потребляет мозг в процессе интенсивного мышления. Он ожидал, что мозг испытуемого будет требовать больше кислорода во время решения задач, однако увиденное поразило ученого. Как выяснилось, мозг добровольца потреблял во время арифметических упражнений не больше кислорода, чем при отдыхе, когда студент просто лежал с закрытыми глазами.

Мы долгое время представляли себе мозг как своего рода компьютер, часто находящийся в режиме ожидания, спящий, пока мы не заставим его выполнять то или иное задание — скажем, решать кроссворд-судоку или отыскивать нужное нам лицо в толпе. Эксперимент Соколоффа дал нам первый проблеск другой истины: мозг наслаждается весьма богатой частной жизнью. Этот потрясающий орган, чья масса составляет всего 2% общего веса нашего тела, потребляет 20% калорий, поступающих к нам в организм с пищей и питьем, и расходует основную часть этой энергии, ничего не делая, — или, по крайней мере, нам так кажется.

«В состоянии покоя в мозгу происходит огромное количество всякого рода процессов, которые мы сейчас по большей части не осознаем и не можем объяснить, — замечает Маркус Райхле, нейрофизиолог из Университета Вашингтона (Сент-Луис). — Мозг — орган весьма дорогостоящий, но никто пока толком не задавался вопросом, на что же идут все эти затраты».

Райхле и небольшая группа его коллег решили наконец подобраться к этому основополагающему вопросу: чем же, собственно, занимается мозг, когда он якобы простаивает? Их работа привела к открытию важнейшей системы в мозгу, органа, располагающегося внутри другого органа и много десятилетий скрывавшегося от нашего взора, хотя находится он буквально у нас под носом. Некоторые называют его «нейронной динамо-машиной снов наяву». Другие приписывают ему более загадочную роль, заявляя, что он, возможно, отбирает воспоминания и без всяких швов ткет из них «личную историю». Так или иначе, эта структура приходит в действие всякий раз, когда мозг не занят другими делами, и раскочегаривается по полной, пожирая больше кислорода (в пересчете на единицу массы), чем ваше постоянно бьющееся сердце.

«Это очень важная штука, — говорит Джулио Тонони, нейробиолог из Висконсинского университета в Мэдисоне. — Не так уж часто в мозгу обнаруживают новую функциональную систему: такого не случалось уж не знаю сколько лет. Это как открыть новый континент».

Открытие совершалось медленно. Эксперимент Соколоффа 1953 года привлек мало внимания. Лишь в 1980-е годы ученые начали догадываться, что мозг, возможно, занимается важными вещами, находясь, казалось бы, на холостом ходу.

В 1980-е вовсю расцвела новая технология сканирования мозга — позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Вводя в организм испытуемого радиоактивную глюкозу и определяя, где она скапливается, исследователи научились «подслушивать» тайные процессы, идущие в мозгу. Типичный эксперимент проводился так: добровольца укладывали на кушетку, и его мозг сканировали, когда испытуемый просто лежал с закрытыми глазами и когда он решал какие-нибудь задачи, требующие умственного напряжения. Затем результаты двух сканирований подвергали «вычитанию», чтобы выяснить, какие зоны мозга задействовались в состоянии кажущегося покоя.

Райхле применял ПЭТ, чтобы отыскать участки мозга, ассоциирующиеся со словами, когда заметил нечто странное: похоже, некоторые области мозга работали на полную мощность во время отдыха, однако утихали, как только испытуемый начинал выполнять умственные упражнения. Большинство специалистов отмахивались от таких странностей, списывая их на фоновый шум. Однако в 1997 году Гордон Шульман, коллега Райхле, обнаружил, что дело обстоит иначе.

Шульман проанализировал томограммы мозга 134 человек. Независимо от того, какое задание выполнял доброволец, включало ли оно в себя чтение или рассматривание силуэтов на экране, одна и та же группа мозговых областей всегда снижала активность, как только испытуемый начинал сосредоточиваться. «Меня поразило сходство данных, — рассказывает Шульман. — Это уже не было похоже на случайный шум. В мозгу явно имелась нейронная сеть, которую раньше никто не описывал».

В 2001 году Райхле с Шульманом опубликовали статью, где высказали предположение, что они наткнулись на некий не обнаруженный прежде «режим по умолчанию» — своего рода молчаливый пасьянс, который начинает раскладывать мозг, когда он не занят ничем другим, и который откладывается в сторону, едва мозг призывают к новым свершениям. Такие процессы идут главным образом в областях мозга, дуга которых проходит вдоль его срединной линии, от лобной до теменной доли. Райхле и Шульман назвали эту систему «сетью по умолчанию».

Области мозга, входящие в эту сеть, были уже известны и исследованы. Но ученые раньше не знали, что эти области беспрерывно «болтают» друг с другом, когда человек ничем не занят, однако умолкают, как только мозг получает задание, требующее сосредоточенного внимания. Как показали измерения метаболической активности, некоторые компоненты этой сети потребляют на 30% больше энергии (в расчете на единицу массы), чем почти любая другая область мозга.

Отсюда вопрос: чем именно занимается мозг, когда мы ничего не делаем? Когда Райхле и Шульман очертили границы «сети по умолчанию», они увидели и намеки на ее задачи и функции, пользуясь тем, что уже было известно о соответствующих участках мозга.

Один из ключевых компонентов данной сети — срединная часть префронтальной коры (см. рис.), которая, по мнению специалистов, оценивает вещи с весьма эгоистичной точки зрения: хорошие они, плохие или нейтральные. Некоторые участки этой области активизируются также, когда человека просят выбрать из списка эпитетов те, которые он мог бы применить к себе, но при этом, скажем, не к певице Мадонне. Пациенты с поврежденной срединной частью префронтальной коры становятся апатичными и необщительными. Одна женщина, оправившись после инсульта, затронувшего эту область мозга, вспоминала, что ее ум в это время словно бы опустел, лишившись блуждающих мыслей, того потока сознания, который большинство из нас принимает как должное.

Мозг «на холостом ходу». Когда вы отключаетесь, в действие вступает «сеть по умолчанию»

 

Мозг «на холостом ходу»

Когда вы отключаетесь, в действие вступает «сеть по умолчанию». Компоненты «сети по умолчанию» также имеют прочные связи с гиппокампом, частью мозга, где записываются и хранятся автобиографические воспоминания: например, о том, что вы вчера ели на завтрак, или о вашем первом дне в детском саду.

Для Райхле и его коллеги Дебры Гаснард все это указывало на одно явление — сны наяву. Через гиппокамп «сеть по умолчанию» может получать доступ к воспоминаниям, сырью для грез и мечтаний. Срединная часть префронтальной коры способна даже оценивать эти воспоминания путем своего рода самоанализа. Райхле и Гаснард предположили, что «сеть по умолчанию» предоставляет мозгу как бы площадку для репетиций, помогающую в принятии решения о грядущих действиях и выборе.

Рэнди Бакнер, бывший коллега Райхле, ныне работающий в Гарварде, согласен с этой идеей. Полученные результаты, говорит он, рисуют картину мозговой системы, включенной в важнейшие акты выстраивания подобных мечтаний: размышления о событиях прошлого и о будущем. «Мы отлично умеем воображать себе возможные миры и думать о них, — отмечает Бакнер. — Не исключено, что здесь нам помогает именно данная сеть мозга».

Теперь появились и непосредственные доказательства данной гипотезы. В 2007 году Малия Мейсон (ныне она работает на факультете экономики и торговли Колумбийского университета) объявила, что активность «сети по умолчанию» коррелирует с такими снами наяву. При помощи функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) Мейсон обнаружила, что люди сообщают о снах наяву, когда «сеть по умолчанию» активна, а не когда она «выключена». Добровольцы с более активной «сетью по умолчанию» сообщали о большем общем количестве блуждающих мыслей.

Сны наяву, мечтания и грезы могут казаться умственной роскошью, однако эти процессы весьма важны. Бакнер и его гарвардский коллега Дэниэл Гилберт видят в них необходимейший инструмент для интегрирования уроков нашего прошлого в наши планы на будущее. Судя по всему, это упражнение играет столь важную роль, что мозг предается ему, когда только возможно, прерываясь лишь в тех случаях, когда необходимо направить ограниченные ресурсы крови, кислорода и глюкозы на выполнение какого-нибудь более срочного задания.

Однако теперь специалисты подозревают, что «сеть по умолчанию» занимается не только снами наяву. Еще в 2003 году Майкл Гришес из калифорнийского Стэнфордского университета начал по-новому изучать эту систему. Он просил испытуемых тихо лежать в топографе для фМРТ и просто наблюдал, что происходит в их мозгу. В результате он открыл так называемые флуктуации состояния покоя в «сети по умолчанию» — медленные волны нейронной активности, которые проходят, как своего рода организованная рябь, связывая компоненты сети в единое целое. Интервал между максимумами этих волн — от 10 до 20 секунд, то есть они могут быть в 100 раз медленнее, чем типичные мозговые волны, фиксируемые с помощью электроэнцефалограммы, когда электроды подключают к голове испытуемого.

До этого ученые исследовали «сеть по умолчанию» старомодным способом, «вычитая» результаты сканирования мозга в состоянии покоя из результатов сканирования мозга, находящегося в активном состоянии. Однако работа Гришеса показала, что можно «подслушивать» деятельность этой сети, просто сканируя мозг человека, когда испытуемый лежит, ничего не делая. Это позволило ученым изучать «сеть по умолчанию» даже у тех, кто находится в бессознательном состоянии. Результаты оказались неожиданными.

Райхле в 2007 году сообщил, что «волны отдыха» в такой сети наблюдались у мартышек, подвергшихся мощной анестезии, как если бы зверьки продолжали бодрствовать. Позже Гришес выявил тот же феномен у людей, принявших седативные препараты, а другие исследователи обнаружили, что на ранних стадиях сна «сеть по умолчанию» у человека активна и синхронизирована.

Тем самым опровергается предположение, что «сеть по умолчанию» занимается лишь мечтами. «Я удивился, — признается Гришес. — Мне пришлось пересмотреть свои представления о том, с чем мы, собственно, имеем дело».

Поскольку, как выясняется, «сеть по умолчанию» активна на ранних стадиях сна, есть соблазн как-то связать ее с обычными сновидениями, однако Райхле подозревает, что у ее ночной деятельности иная цель — сортировать и сохранять воспоминания. Каждый день мы впитываем целую кучу краткосрочных воспоминаний, но лишь некоторые из них заслуживают добавления в нашу личную историю, которая руководит нашей жизнью.

Теперь Райхле считает, что «сеть по умолчанию» вовлечена в отбор и обновление воспоминаний в соответствии с их значимостью для личности: благотворные, угрожающие, эмоционально болезненные и т.п. Чтобы предотвратить накапливание неотсортированных воспоминаний, сеть возвращается к выполнению своих обязанностей при первой же возможности.

Пытаясь подкрепить свою гипотезу, Райхле подчеркивает, что «сеть по умолчанию» постоянно «общается» с гиппокампом. Кроме того, она пожирает огромные количества глюкозы, непропорционально много по сравнению с количеством кислорода, которое она потребляет. Как полагает Райхле, система не сжигает эту «лишнюю» глюкозу для получения энергии, а использует ее как сырье для создания аминокислот и нейротрансмиттеров, которые нужны для того, чтобы строить и поддерживать синапсы — «вещество памяти». «На эти связи как раз и уходит основная часть затрат, направленных на поддержание жизни мозга», — утверждает Райхле.

Неудивительно, что при столь фундаментальной роли «сеть по умолчанию» оказывается затронута при целом ряде известных заболеваний мозга. В 2004 году Бакнер посетил презентацию, которую проводил Уильям Клунк с медицинского факультета Питсбургского университета. Клунк демонстрировал трехмерные карты, где показывались опасные белковые скопления в мозгу страдающих болезнью Альцгеймера. Прежде ученые рассматривали эти образования лишь на каком-то одном участке мозга одновременно — изучая срезы мозга умерших пациентов. Теперь же, когда Клунк спроецировал на экран карту всего мозга, многие впервые увидели цельную картину происходящего. «Меня это порядком удивило, — рассказывает Бакнер. — Это было очень похоже на «сеть по умолчанию».

Позже Райхле, Гришес и Бакнер обнаружили, что у страдающих болезнью Альцгеймера рисунок активности «сети по умолчанию» нарушается. Они начали также отслеживать активность этой сети у страдающих незначительными проблемами с памятью: может быть, таким путем специалисты научатся предсказывать, у кого из пациентов есть риск развития болезни Альцгеймера. Половина тех, кто испытывает трудности с памятью, затем страдают болезнью Альцгеймера, но как выявить эту половину заранее? «Сумеем ли мы применить полученные результаты для того, чтобы лучше оценивать риск возникновения Альцгеймера?» — задает вопрос Бакнер.

Как выясняется, структура «сети по умолчанию» нарушается и при других недугах и отклонениях, в числе которых депрессия, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), аутизм, шизофрения. Эта сеть также играет таинственную роль при пребывании жертв мозговых травм или инсульта в сером пограничье между сознательным состоянием и смертью мозга, известном как вегетативное состояние (состояние минимального сознания). Стивен Лорис, нейрофизиолог из бельгийского Льежского университета, использовал фМРТ для изучения рисунка активности «сети по умолчанию» у больных, находившихся в таком промежуточном состоянии. «Четко видно, как эта сеть нарушается с усугублением комы», — говорит ученый. Сейчас он ищет связь между активностью «сети по умолчанию» и тем, сохраняют ли пациенты сознание после, скажем, 12 месяцев комы. «Мы надеемся показать, что уровень активности сети по умолчанию поможет делать прогнозы относительно дальнейшего состояния пациента», — заявляет он.

Но до всего этого было еще далеко в ту пору, когда Соколофф сделал свое неожиданное наблюдение. Исследование деятельности мозга во время отдыха, а не во время постоянного решения задачек, которые мы ему подкидываем, теперь открывает нам богатый внутренний мир — тайную жизнь нашего сознания. Так что в следующий раз, когда вы будете где-нибудь слоняться, ничего особенного не делая, напомните себе, что ваш мозг по-прежнему занят бурной деятельностью — если только вы сумеете отделить себя от своих же грез и мечтаний.

Источник: elementy.ru

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s