Мозг бесконечно сложнее того,
в ком он находится.
Татьяна Черниговская
Ученым многое стало известно о деталях физиологических механизмов здорового мозга. Они выяснили, как развиваются болезни мозга. Удалось разработать немало методов диагностики и лечения таких болезней.
Однако, как и раньше, точно не известно, какие механизмы лежат в основе внимания или памяти. Ученые мало что могут сказать о том, как работает логическое мышление, где накапливается субъективный опыт, как устроено сознание. Мы можем лишь гадать, обеспечивает мозг свободу воли на самом деле или лишь создает ее иллюзию.
Во все времена мозг сравнивали с самыми сложными конструкциями. В XVII веке Рене Декарт сравнивал его со сложной машиной. В XIX веке мозг сравнивали с телефонной станцией, передающей сигналы из разных областей организма. В XXI его чаще сравнивают с компьютером. Мозг принимает, обрабатывает и хранит информацию, управляет устройствами вывода в человеческом организме. Однако мозг не обладает точностью компьютера. Это скорее прогностическое устройство, которое воспринимает внешний мир и выстраивает поведение человека на основе прогнозирования.
Мозг – это наши мысли, эмоции и желания. Он хранит наши воспоминания, дает возможность мечтать, представлять и планировать ближайшее и далекое будущее. Мозг отвечает за осознанные и непроизвольные действия человека.
Мозг человека состоит из нескольких частей. Продолговатый мозг управляет частями организма, работу которых мы практически не замечаем. Он отвечает, например, за биение сердца и дыхание. Средний мозг отвечает за зрение, слух, моторику и внимание. Мозжечок позволяет двигаться и держать равновесие, запоминает двигательные программы. Гипоталамус принимает сигналы от органов и анализирует множество химических реакций в организме. От него зависят голод, жажда, родительское поведение, а также реакции на страх и агрессию.
За восприятие и анализ речи, за решение логических и иных интеллектуальных задач, за творчество, за озарения отвечает новая кора головного мозга, покрывающая поверхность правого и левого полушария. Это самое позднее эволюционное приобретение человека.
При решение логических и творческих задач левое и правое полушария постоянно обмениваются информацией. Например, основная роль в обработке речи принадлежит левому полушарию, но правое тоже принимает в этом участие, занимаясь обработкой интонации.
Для простых реакций мозга на внешние раздражители удается более-менее четко локализовать задействованные участки. Сложные мыслительные действия вызывают многочисленные и не всегда предсказуемые потоки сигналов в сложнейшей нейронной сети мозга. При этом исследования показывают, что функции поврежденных участков мозга со временем принимают на себя соседние участки.
По мере эволюции человека объем мозга постепенно увеличивался. У человека умелого (homo habilis), жившего более миллиона лет назад, он составлял 600 кубических сантиметров. У человека разумного (homo sapiens) объем мозга – около 1250 кубических сантиметров, вес около 1400 грамм. Считается, что объем мозга и интеллектуальные способности связаны. Однако «небольшой» размер мозга homo sapiens не помешал ему выиграть эволюционную гонку у конкурента – неандертальцев, мозг которых составлял около 1500 кубических сантиметров.
1250 кубических сантиметров и 1400 грамм – это средние величины объема и массы мозга современного человека. Понятно, что в природе существуют значительные отклонения от этих величин. Мозг русского писателя Ивана Тургенева весил около 2 килограмм, а мозг французского писателя Анатоля Франса – чуть более 1 килограмма. Это не помешало им стать великими литераторами.
Статистика говорит о том, что мозги выдающихся представителей человечества несколько больше и тяжелее средних показателей. Однако общепризнанным считается иной факт – интеллектуальные способности определяются развитостью нейронной сети мозга. Даже небольшой по объему, но великолепно развитый мозг даст сто очков форы огромному по объему мозгу, который не утруждал себя когнитивным развитием.
Поговорим теперь о нейронной сети, скрытой в нашей голове.
Главная клетка мозга – нейрон. Количество нейронов у человека оценивается в 80-100 миллиардов. Нейроны с помощью отростков связаны между собой в сеть. Нейрон может иметь от одного до сотен отростков. У некоторых нейронов длина отростка составляет десятки сантиметров. Примерная длина нейронной сети головного мозга человека – три миллиона километров.
Сложность нейронной сети не линейная. В ней квадриллион соединений между нейронами. Квадриллион – единица с пятнадцатью нулями. Вариантов «путешествия» электрических сигналов по нейронной сети… Для оценки вот цитата академика Петра Анохина:
Число степеней свободы нервных клеток с учетом всех переменных … может быть выражено числом с таким количеством нулей, что они могут уместиться на ленте длиной в 9 500 000 километров.
Основная работа мозга – это передача сигналов между нейронами. Место передачи сигнала между двумя нейронами или между нейроном и управляемой им мышечной или иной клеткой называется синапсом. Синапсы бывают электрические и химические.
Электрический синапс — это место тесного контакта двух нейронов, в котором ток перетекает из клетки в клетку в двух направлениях. При этом сигнал не модифицируется, не «осмысляется». Область применения довольно узка — только те нервные пути, по которым сигнал надо передавать быстро и без изменений (например, для двигательной реакции на раздражитель).
Химический синапс устроен гораздо сложнее, хотя действует только в одном направлении. Он имеет несколько механизмов, которые управляют его работой. В результате одинаковый сигнал, пришедший из передающего нейрона, приводит к разным исходам в принимающем нейроне. Эта огромная вариативность еще более усложняет человеческий мозг.
Ключевую роль в химических синапсах играют вещества, которые называются нейромедиаторами. Вырабатываются нейромедиаторы в разных частях человеческого организма: в нейронах головного мозга, в надпочечниках, в кишечнике. От того, какие нейромедиаторы вырабатывает организм, зависит человеческое состояние, в том числе – готовность к интеллектуальной работе.
Перечислим наиболее важные и интересные нейромедиаторы.
Серотонин, который иногда называют «гормоном удовольствия». Он вызывает состояние мозга, описываемое как ощущение гармонии, умиротворения, удовольствия и спокойной радости.
Дофамин, который иногда называют «гормоном вознаграждения». Он начинает вырабатываться сразу после положительного опыта либо приятных событий. Именно дофамину принадлежит ключевая роль в формировании зависимостей у человека.
Действие эндорфина направлено на устранение болевых ощущений и улучшение настроения. Он положительно влияет на регуляцию работы организма. Количество эндорфина увеличивается от занятий спортом, прослушивания любимой музыки, занятий сексом, воссоздания ситуаций, приносящих приятные ощущения.
Постоянный уровень окситоцина в организме повышает доверие, снижает страх и тревогу, обеспечивает спокойствие в присутствии объекта симпатии. Поэтому окситоцин часто называют гормоном доверия.
Выработка нейромедиаторов происходит в организме человека постоянно. Она зависит от многих факторов. От пищи, солнечного света, режима сна и бодрствования, физической активности, решаемых задач, намерений, желаний и волнений, страхов и тревог.
Для каждой ситуации, в которой находится человек, нужен свой баланс нейромедиаторов. В условиях опасности организм усиливает выработку одних веществ, при творческом порыве – других. Переизбыток или недостаток нейромедиаторов, нужных в данный момент, приводит к самым различным проблемам. Мозг требует от человека привычной порции дофамина, и он покорно садится за любимую игру. Избыток кортизола в организме приводит к стрессам и депрессиям.
Одним из важнейших достижений науки о человеческом мозге признается возможность медикаментозного влияния на выработку нейромедиаторов. Список наук, изучающих человеческий мозг, пополнила нейрофармакология.
На Западе широкое применение получили антидепрессанты. Они оказывают влияние на уровень серотонина, норадреналина и дофамина. У депрессивного больного они улучшают настроение, уменьшают или снимают тоску, вялость, апатию, тревогу, беспокойство, раздражительность и эмоциональное напряжение. Повышают психическую активность, нормализуют продолжительность сна, аппетит.
В 1954 году американскими учеными был обнаружен центр удовольствия у крыс. Так впоследствии назвали найденную зону в головном мозге подопытных грызунов. Крысы с имплантированными в мозг металлическими электродами снова и снова нажимали на рычаг, который активировал найденную зону. В результате забывали о принятии пищи и воды и умирали от истощения.
До сих пор циркулируют сведения о том, что подобные эксперименты с тем же результатом проводились на людях. Официально они не подтверждены и не опровергнуты.
Действия нейромедиаторов, вызывающих эйфорию, и наркотиков практически одинаковое. Они искусственно вызывают у человека чувства, которые близки к общепринятому пониманию счастья. Беззаботность, радость, предвкушение чего-то необычного и чудесного. При этом – без активного движения, в искусственно созданной благоприятной среде.
Этот фактор еще больше усугубляет главную угрозу, которую приписывают искусственному интеллекту (ИИ). Эксперты справедливо опасаются, что повсеместное внедрение и использование технологий ИИ приведет к интеллектуальной деградации и постепенному исчезновению человечества.
Вспомним, что интеллект появился как необходимость реагировать на внешнюю среду при активном образе жизни. И задумаемся, что будет, когда за нас все будет делать ИИ. А для стимуляции размышлений посоветуем найти в интернете или прочитать в нашей книге «Цифра и человек» описание эксперимента «Вселенная 25». Очень поучительно чтение.
Исследования человеческого мозга уже несколько десятилетий находятся в фокусе внимания научной общественности. Основных целей здесь несколько. Наиболее понятная и очевидная – лечение психических заболеваний и отклонений. Две другие цели в определенном смысле противоречат друг другу, но при этом легко уживаются в головах исследователей.
Первая цель – найти пути повышения эффективности работы мозга человека, усилить его когнитивные возможности. Вторая цель – выявить принципы и правила работы человеческого мозга, которые можно положить в основу работы ИИ. Интересно, что у человечества получится лучше.
Еще одна цель исследований мозга связана с разработкой нейроинтерфейсов – технических устройств, способных обеспечить прямое взаимодействие в связке «мозг – компьютер». Этому мы посвятим отдельный сюжет нашей книги.
Резюме. Человеческий мозг – это огромная нейронная сеть, предназначенная для проведения электрических сигналов. Современные методы позволили досконально разобраться в устройстве мозга, в функционировании его главного элемента – нейрона. Но по-прежнему остается загадкой, как в этой нейронной сети реализуются когнитивные способности и возможности человека.