Что делает нас людьми: кора головного мозга

Человеческий мозг – это прежде всего знакомые нам извилины коры, которая выполняет все высшие когнитивные функции. Большую часть коры головного мозга называют неокортекс, потому что эта часть мозга появилась в процессе эволюции в последнюю очередь. Именно развитие этой «новой коры» сделало наш мозг чрезвычайно развитым, поэтому мы радикально отличаемся от всех других животных и способны создавать языки, произведения искусства, мифы и культуру.

Рис. 2.1: Мозг, вид сбоку (передняя часть мозга находится от нас слева).

Кора головного мозга связана с телом посредством более примитивных подкорковых структур, которые управляют работой базовых систем жизнедеятельности, гормональной активностью и примитивными эмоциями. Подкорковые структуры связывают кору с мозговым стволом, который, в свою очередь, связывает головной мозг со спинным и с биологическими процессами тела (см. рис. 2.1)[21]. Таким образом, кора головного мозга представляет собой наиважнейший центр сенсорного и моторного контроля. Именно здесь мозг соединяется с телом, чтобы создать образ нас самих и окружающего мира.

Кора головного мозга делится на левое и правое полушария, а в каждом полушарии также выделяют по четыре важнейших зоны, называемых долями (см. рис. 2.1 и 2.2). Височная доля, находящаяся на боковой поверхности полушария, связана с языком и концептуальным мышлением; затылочная доля, расположенная сзади, ассоциируется со зрением; теменная доля, венчающая мозг, обеспечивает сенсорное восприятие, зрительно-пространственные функции и ориентацию тела; лобная доля на передней части мозга управляет вниманием и инициирует мышечную деятельность.

Рис. 2.2: Мозг, вид сверху (передняя часть мозга находится от нас слева).

Две полусферы головного мозга более или менее симметричны и по виду, и в какой-то мере по функциям. Например, левая полусфера получает и обрабатывает сенсорную информацию от правой половины тела и управляет моторикой этой стороны, тогда как правая полусфера исполняет те же функции относительно левой половины тела. В обеих полусферах также есть центры для обработки речи, которые при их согласованной работе сообщают нам способность эффективно выражать свои мысли словами.

Однако в то же время в работе правого и левого полушарий головного мозга есть важные отличия. Принято думать, что левое полушарие в большей мере склонно к аналитике и представляет собой центр вербальной коммуникации и математических способностей[22]. Правое полушарие использует более абстрактный и цельный подход, это центр невербального мышления, зрительно-пространственного восприятия, а также восприятия, модуляции и выражения эмоций. Но не следует забывать о том, что оба полушария могут выполнять одни и те же психические функции.

Поскольку левое полушарие головного мозга в целом обеспечивает неврологические основы устной и письменной речи и поскольку эти функции крайне важны для формулировки и выражения сознательных мыслей, часто это полушарие называют «доминирующим». Однако в типичном случае для правильной работы мозга необходимо слаженное взаимодействие коры обоих полушарий. Они осуществляют коммуникацию между собой с помощью сетей нервных волокон. Исследования показали, что эти сети в силу природы составляющих их нервных клеток не могут передавать сложные мысли и образы, но только нюансы.

Допустим, вы решаете какую-то геометрическую головоломку, скажем, думаете о том, как вписать квадрат в круг; при этом преимущественно задействован аналитический процесс, связанный с левой стороной. Мозг здесь использует логику измерения длины и окружности, при этом правое полушарие воспринимает эти формы как целое. Поскольку каналы коммуникации между полушариями не передают картин в деталях, правая часть мозга не имеет всей информации о результатах анализа левой части. Правая часть, создающая образы, не может в полной мере участвовать в поиске решения. Однако когда визуальные решения правой стороны мозга соответствуют аналитическим выкладкам левой, полушария с помощью электрических импульсов, поступающих к эмоциональному центру мозга, заявляют, что проблема решена.[23]

По мере того как эти упрощенные репрезентации, отражающие мысли или образы, путешествуют с одной стороны мозга к другой, они глубоко влияют на точность восприятия мозгом окружающего мира[24]. Возьмем следующий пример: рассмотрим, каким образом мозг перерабатывает сырые звуковые импульсы в осмысленную речь. Сначала импульсы из первичных центров слуха поступают в главный речевой центр мозга, который обычно помещается в левом полушарии. Скажем, мозг слышит звук слова «right», которое на слух не отличается от «write» и «rite», а затем эти сенсорные данные превращаются в осмысленные слова и предложения, обладающие логикой, понимаемые в контексте грамматики и синтаксиса.

В то же время вторичный центр речи, находящийся в правом полушарии, получает информацию об активности левой стороны с помощью импульсов через структуры связи, а также непосредственно от первичных центров слуха. Правая сторона, используя свои способности к абстрактному и интуитивному пониманию, немедленно начинает интерпретацию эмоционального тона и интонаций речи, которые придают произнесенным словам тонкие смысловые оттенки.

О том, насколько важна такая операция, ярко свидетельствуют те случаи, когда центр речи в правом полушарии поврежден. При этом центр речи левого полушария сохраняет способность логического понимания смысла слов и фраз, но без интуитивной правой части теряется способность различить эмоции, стоящие за словами[25]. В результате человек с таким нарушением, услышав обращенное к нему слово «Уйди!», не в силах оценить эмоциональный тон данного замечания: было ли это грозное повеление или шутливое приказание?

Важность сотрудничества двух мозговых полушарий демонстрируют и те случаи, когда соединяющие структуры выходят из строя в результате хирургических операций, что, в частности, иногда делается для лечения эпилепсии, когда врачи пытаются оградить весь мозг от влияния местного возбуждения. Как показывают исследования, мозг с нарушенной связью между сторонами генерирует как бы два отдельных сознания. Лауреат Нобелевской премии Роджер Сперри, исследовавший пациентов с «расщепленным мозгом», пришел к следующему заключению: «Все доступные нам данные указывают на то, что в результате хирургической операции у таких людей образовалось два отдельных ума, две различные сферы сознания. При этом переживания правого полушария, похоже, абсолютно недоступны для левого».[26]

Допустим, пациенту с расщепленным мозгом показывают изображение молотка, причем его помещают так, что визуальные импульсы поступают только к левому полушарию. В этом случае пациент может сказать, что видит молоток. Если же картинка расположена так, что визуальные импульсы получает лишь правая сторона мозга, пациент неспособен описать словами, что он увидел[27]. Без помощи левой стороны, которая обладает способностью превращать зрительные импульсы в логические и вербализуемые понятия, правая сторона неспособна облечь образ в слова. Но если пациента попросить нарисовать то, что он только что увидел, он сможет изобразить нечто вроде молотка.

Любопытно, что если образ, показанный исключительно правому полушарию, пробуждает сильный эмоциональный отклик, правая сторона будет заниматься поиском логического смысла этих эмоций. Когда, например, пациенту с расщепленным мозгом показывают фотографию Гитлера, поместив ее так, чтобы импульсы поступали только в правое полушарие, на его лице может появиться выражение злости или отвращения. Но если его попросить объяснить эти эмоции, он может дать ответ вроде: «Я вспоминал, как один человек меня рассердил».

Исследования таких случаев позволяют ученым сделать вывод, что оба полушария головного мозга обладают своим сознанием, при этом они переживают и выражают то, что осознают, совершенно по-разному. Очевидно, сознание человека в его полноте и многосторонности зависит от гармоничного взаимодействия обеих половин мозга.

Крайне сложные структуры коры головного мозга обеспечивают такие особые качества ума, которые отличают человека от всех прочих живых существ, но кроме того, эти структуры собирают непрерывно поступающую сенсорную информацию и строят из нее живую картину, которая обеспечивает ум содержанием.

Как мозг собирает ощущения в целостную картину

Основная функциональная единица нервной системы человека – это нейрон[28], крохотная веретенообразная клетка, которая, образуя вместе с другими сеть или длинный нервный путь, передает сенсорные импульсы мозгу. На элементарном уровне нервная система получает эти сенсорные данные в виде миллиардов незаметных электрохимических импульсов от бесконечных сенсорных датчиков кожи, глаз, ушей, слизистой оболочки рта и носа. Эти импульсы передаются по невральным путям, действующим по принципу «волны падения» – процесса, моделью которого служит падение стоящих в ряд костяшек домино, – они минуют синаптические щели и запускают высвобождение нейромедиаторов, которые передают сенсорную информацию мозгу.

Внутри самого мозга сенсорная информация передается по соответствующим нервным путям: скажем, зрительные данные передаются по путям визуальной системы мозга, а обонятельные – по системе соответствующего анализатора. Таким образом, отдельные импульсы направляются и перенаправляются к зонам обработки соответствующей информации[29]. Здесь они сортируются, делаются доступными другим частям мозга, усиливаются или подавляются, интегрируются с данными от центров эмоций и других ощущений и, наконец, собираются в единую перцептивную картину, которая обладает смыслом для обладателя данного мозга и достаточно практична.

Обработка сенсорной информации первого уровня происходит в первичных зонах каждой из пяти сенсорных систем. Эти зоны получают необработанную информацию непосредственно от органов чувств и собирают эти сырые данные в грубую предварительную перцептивную картину. Затем эти образы отправляются к вторичным зонам сенсорных систем, каждая из которых также посвящена одному типу ощущений, где эти образы совершенствуются.

Затем обработанная информация поступает к ассоциативным зонам, где совершается самая доскональная обработка информации. Слово «ассоциативная» означает, что эти структуры собирают, или «ассоциируют», невральную информацию из различных частей мозга. На высшем уровне обработки сенсорную информацию одного определенного типа связывают с информацией от всех других органов чувств, чтобы создать богатую многомерную картину, которая становится важным элементом сознания. В итоге ассоциативные зоны передают полученные данные центрам памяти и эмоций, что позволяет нам организовывать информацию о внешнем мире и реагировать на изменения в нем наиболее совершенным образом.

Чтобы понять, как мозг составляет из сырой информации законченную картину, рассмотрим, что происходит с сенсорными импульсами, поступающими в систему обработки визуальной информации.

Визуальный образ создается с помощью электрохимических импульсов, поступающих в мозг по оптическому нерву. Попадая в кору, эти импульсы совершают первую «остановку» в первичной зрительной зоне, где становятся сырыми элементами визуальных образов – беспорядочной коллекцией линий, форм и красок.

Эти грубые визуальные образы, созданные первичной зрительной зоной, недоступны для сознания, но некоторые данные свидетельствуют о том, что мозг может воспринимать их на бессознательном уровне. На это указывает любопытный феномен «слепозрения»[30]. При серьезном повреждении первичной зрительной ассоциативной зоны визуальная информация не может достичь структур вторичного уровня, где в обычных обстоятельствах формируется окончательный образ, который можно осознать. Люди с повреждениями этой первичной зоны считают себя совершенно слепыми, тем не менее, несмотря на потерю зрения, доступного для сознания, они могут потрогать находящиеся перед ними предметы, правильно ответить на вопросы о характере предметов, на которые они «смотрят», и даже найти дорогу в комнате, где на их пути стоят разные преграды. Подобное слепозрение объясняется тем, что мозг бессознательно учитывает такие визуальные данные, хотя они слишком сырые, и это дает возможность человеку безопасно взаимодействовать с его физическим окружением.

Не существует ясного объяснения феномена слепозрения. Возможно, при этом развиваются альтернативные пути для визуальной информации в обход первичной зоны, так что импульсы сразу поступают к структурам вторичного уровня. Возможно также, что небольшие участки поврежденной зоны продолжают исполнять свои функции. Но какие бы механизмы ни стояли за феноменом слепозрения, это состояние позволяет нам глубже понять удивительные процессы обработки информации в мозге.

При нормальной работе мозга абстрактные формы и краски, полученные при обработке информации в первичной зрительной зоне, потом организуются во вторичной зоне, так что начинает создаваться распознаваемый образ. Допустим, человек смотрит на пуделя, и первичные сенсорные данные будут собраны вместе, или ассоциированы, в многосоставный целостный образ, похожий на маленькую собачку с кудрявым хвостом.

Такой законченный образ уже доступен сознанию; тем не менее, пока мозг не соединит этот образ с нужными компонентами памяти и эмоций, что позволит связать данный образ с концепцией «собаки», ему будет недоставать нужного контекста и значения, так что до последнего этапа обработки информации он останется бессмысленной картинкой.

Последний этап происходит в зрительной ассоциативной зоне: здесь визуальный образ пуделя соединяется с данными от других участков мозга, так что он обретает глубину и эмоциональный смысл. Так, например, обонятельная зона сообщает мозгу о том, что человек столкнулся с знакомым сильным запахом. Слуховая зона также дополняет картину: человек слышит радостный лай. Зоны памяти позволяют поставить полученный образ в контекст предшествовавшего опыта человека, и, наконец, эмоциональные зоны запускают нужные чувства, так что образ превращается в реалистичное многомерное переживание: хозяин глядит на свою любимую собачку. Однако другой наблюдатель, у которого есть опыт неприятной или травматичной встречи с собакой или который только что прочитал в газете историю о нападении собак на людей, может увидеть в этом пуделе потенциальную угрозу.

Зрительная ассоциативная зона выполняет важнейшую роль в осмысленном интерпретировании данных, полученных мозгом. Повреждение этой зоны часто приводит к утрате способности узнавать друзей, членов семьи или домашних животных. При этом человек продолжает их видеть, но неспособен поместить их в значимый контекст воспоминаний и эмоций. В некоторых случаях при таких повреждениях человек даже не узнает своего лица в зеркале.

Зрительная ассоциативная зона, вероятно, очень значима и в религиозных и в духовных переживаниях, которые включают в себя визуальные образы. Скажем, эта зона, вероятнее всего, становится более активной в тот момент, когда человек пользуется визуальными образами (такими, например, как свеча или распятие) во время медитации или молитвы. Кроме того, спонтанные видения во время медитации и молитвы или при необычных духовных переживаниях, таких как состояние клинической смерти, возможно, также прямо связаны с деятельностью этой зоны. Мы вправе так думать по той причине, что электрическая стимуляция этой зоны порождает разного рода «видения»[31]. Кроме того, эта зона тесно связана с хранилищами воспоминаний, так что, возможно, сохраненные образы запоминаются или связываются – вероятно, не всегда при участии сознания – с позднейшими переживаниями религиозного или духовного характера.

Как мы понимаем окружающий мир и как на него реагируем