Мыслящая ткань

Механическая модель мозгаИсследователи полагают, что мозг — это наиболее сложный объект во Вселенной. В сущности, он сам – Вселенная, которую человек носит в черепной коробке. Ведь ткань мозга содержит десятки миллиардов нейронов — почти столько же, сколько звезд в нашей галактике или галактик во Вселенной. Физиологи уверены, что познавать мозг труднее, чем Вселенную. Ведь ему приходится исследовать не нечто постороннее, а самого себя. Возможно ли в таком случае добраться до истины?

В мозгу миллиарды нейронов соединены между собой в сети, по которым передаются электрические сигналы. Среднестатистический нейрон связан с тысячью других. Сеть нейронов выглядит как электрические джунгли, как хаос из проводов и контактов, который при этом безупречно работает и доставляет электрические сигналы точно по адресу.

Путь к пониманию устройства и работы нейронной сети был долгим. В 1791 году Луиджи Гальвани открыл электрическую природу взаимодействия нервов и мышц. В 1826 году Иоганн Петер Мюллер выдвинул теорию «особой нервной энергии», согласно которой различные нервы передают своего рода «код», а мозг по нему определяет происхождение сигналов.

В 1852 году профессор Герман Гельмгольц измерил скорость распространения нервных сигналов, которая оказалась сравнительно небольшой — один метр за 20 миллисекунд. В середине XIX века Эмиль Дюбуа-Реймон продемонстрировал электрическую природу нервных импульсов. А к концу XIX века Давид Феррье и другие исследователи показали, что электрическая стимуляция определенных участков мозга вызывает специфические движения и ощущения. Наконец, основные компоненты головного мозга, состоящего из нервных клеток и сети взаимосвязанных волокон, были открыты физиологами в конце XIX века. Нейроанатом Сантьяго Рамон-и-Кахаль доказал, что волокна этой сети растут из нервных клеток и в этой сети есть промежутки — синапсы: волокна, растущие из одной клетки, очень близко подходят к другой, но не сливаются с ней.

Рамон-и-Кахаль сделал вывод, что основной элемент мозга — нейрон, то есть нервная клетка со всеми ее отростками. Так на свет появилась «нейронная доктрина». В 1906 году Сантьяго Рамон-и-Кахаль получил Нобелевскую премию вместе с Камилло Гольджи, который изобрел методику окрашивания тканей мозга для исследования их тонкой структуры. Наши переживания и новые ситуации, в которые мы по- падаем, новые знания и необычная информация, которые мы получаем, — все это заставляет нейроны строить новые связи, а мозг — развиваться.

Трудно представить, как работает этот хаос электрических контактов, как в нем не запутывается сигнал. Свою версию – объект «Машина вычислений» — предложил немецкий дизайнер и кибернетик Ральф Бейкер. Эта легкая ажурная конструкция, собранная из множества реек, трубок, рычагов, отвесов и проводов, струн и ниток, а также сенсоров разного рода, оживает, стоит внешнему наблюдателю лишь подойти к ней. Она начинает издавать звуки, ее части, увязанные между собой, начинают двигаться. Так система таинственным и непредсказуемым для зрителя образом реагирует на внешний сигнал. Чем больше зрителей собирается вокруг нее, тем живее она реагирует. При большом наплыве посетителей к концу дня машина просто начинала ходить ходуном.

Любые наши действия, эмоции и намерения находят не- медленное отражение в активности мозга. Впрочем, трудно сказать, что тут первично, а что — вторично. Мозг и наше поведение взаимодействуют по принципу биологической обратной связи: мозг формирует нас, а мы своими действиями и образом жизни — его. Представьте, что вы читаете книгу, произносите речь, решаете задачу, варите борщ, устраиваете выволочку детям или рисуете картину — каждое из этих действий будет активизировать вполне определенные участки мозга, где сосредоточены нейроны, «обученные» именно под этот вид ваших действий.

Сегодня множество лабораторий в мире занимаются так называем картированием мозга, то есть выявлением, описанием и нанесение на карту всех участков мозга, активирующихся в момент того или иного действия. Этот проект по масштабу сравним с «Геномом человека». И он стал возможным благодаря появлению магниторезонансной томографии в 1973 году, когда профессор химии Пол Лотербур опубликовал в журнале «Nature» статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса». Позже Питер Мэнсфилд усовершенствовал математические алгоритмы получения изображения. Оба ученых за изобретение МРТ в 2003 году получили Нобелевскую премию. Хотя в действительности ЯМР-томографию (МРТ) изобрел в 1960 году В.А.Иванов (и способ, и устройство), что удостоверено патентом СССР с соответствующей датой.

Томография позволяет увидеть с хорошим разрешением головной, спинной мозг и другие внутренние органы, их структуру. А еще — обнаружить те зоны коры головного мозга, которые в данный момент активны. Последнее умеют делать функциональные томографы, которые регистрируют потребление энергии тканями мозга. Наш мозг работает круглосуточно и потребляет около 20% энергии всего тела. Он пронизан кровеносными сосудами, по которым кровь переносит кислород. Распределение энергии в мозгу точно отрегулировано: к участкам с наибольшей в данный момент активностью нейронов поступает больше крови. Это и фиксируют функциональные томографы.

Пока на карте мозга еще немало белых пятен, но многое физиологам уже известно. Интерактивный образовательный экспонат «Внутри. Работа мозга», созданный художником и архитектором Алексеем Чекбыкиным, позволяет вам рассмотреть свой мозг и узнать, какие его зоны начинают активироваться, когда вы голодны или творите. Посетитель надевает на голову специальный ободок, и на большом экране появляется изображение «его» мозга. На самом деле это всего лишь модель мозга, одинаковая для всех. Затем посетитель может выбрать на столе любую карточку с графическим кодом и названием того или иного действия, которое может выполнять человек, или чувства, которое он может испытывать (голод, творечство, страх и др.) Если выбранную карточку показать камере, встроенной в экран, то на изображении мозга на экране покраснеют те зоны, которые активируются при реализации выбранной вами функции.