В течение тысячелетий человек стремился познать законы собственного мышления. Однако к окончательному выводу о том, что именно мозг является тем органом, где зарождается наша психика, ученые пришли совсем недавно, немногим более двухсот лет назад. В это время менялись представления о мозге, разрабатывались оригинальные подходы и методы его исследования, выдвигались новые гипотезы. А сколько дискуссий и споров разгоралось вокруг тайн строения и функционирования мозга! Пожалуй, основной из них была дискуссия, связанная с проблемой клеточного строения мозга. Долгое время исследователи считали, что все клетки мозга соединены в последовательную цепь и вещество одной клетки без перерыва переходит в вещество другой. Только в 20-х годах прошлого столетия замечательным испанским ученым-анатомом Сантьяго Рамон-и-Кахалем была основана так называемая нейронная теория, позволившая вывести науку о мозге на новый уровень исследований. Согласно этой теории, вся нервная система и конечно же наш мозг построены из отдельных, обособленных друг от друга клеток, названных нейронами. Нейроны имеют множество отростков, с помощью которых, соприкасаясь, вступают в тесный контакт между собой. Место соприкосновения (область контакта) нервных клеток друг с другом получило название синапса (см. рисунки на с. 57 и 58).

Пирамидальный нейрон, по-видимому, способен модулировать поступающие и выходящие из него сигналы. Каждый такой нейрон покрыт многими тысячами шипиков – небольшими бугорками, на которых осуществляются синаптические соединения. Морфология синапсов варьирует в зависимости от того, являются ли они возбудительными или тормозными. Синаптические соединения в коре, содержащие дофамин, относятся к тормозному типу

Пирамидальный нейрон

В дальнейшем перед учеными встал другой, не менее важный вопрос, вызвавший новую волну споров и дискуссий. Каким способом передается возбуждение с одного нейрона на другой, т. е. каким образом совместная работа нервных клеток обеспечивает функционирование мозга в целом?

Если мы попробуем рассмотреть строение мозга под микроскопом, то перед нами предстанет увлекательная картина. Типичный нейрон имеет тело (диаметром от 5 до 100 микрометров), главная функция которого – производство веществ, необходимых для обеспечения жизнедеятельности клетки. От тела отходит один длинный отросток – аксон (у клеток мозга человека его длина колеблется в пределах от 0,1 мм приблизительно до 1 м!) и множество коротких, сильно ветвящихся отростков – дендритов, длина которых не превышает 100 микрометров. Поскольку дендрит начинает «ветвиться», как правило, лишь на конце, его иногда так и называют «дендритное дерево». Каждая часть нейрона выполняет собственную важную функцию.

Как же осуществляется процесс передачи информации в нервной системе? С помощью дендритов принимаются поступающие сигналы; тело клетки комбинирует и интегрирует эти сигналы, формируя тем самым свой собственный электрический импульс, который далее распространяется по ее длинному отростку – аксону, обычно контактирующему с дендритами другой клетки.

Как мы уже знаем, подобная передача информации происходит в местах специфического контакта – синапсах, где электрический импульс приводит к выделению химических веществ в микроскопических количествах. Эти вещества могут быть разными, но все они называются посредниками – медиаторами. Под их воздействием в нервной клетке, с которой осуществляется контакт, формируется новый импульс... и так до бесконечности. Некоторые нейроны посылают свои аксоны к мышцам, которые под влиянием нервных импульсов могут сокращаться. А если аксон заканчивается на железе, то нервные импульсы приводят к выделению специфического для нее секрета (слюны, поджелудочного сока и др.). Большинство ученых сегодня считают, что информация, которую мы воспринимаем, записывается (кодируется) порядком следования нервных импульсов. Порядок может быть разным для каждой отдельной нервной клетки и зависит от того, какой медиатор и в каком количестве выделяется в тех синапсах, которые расположены на клетке.

Человеческий мозг – это, быть может, самая сложная из всех живых структур во Вселенной. Полагают, что мозг человека состоит из 1011 нейронов (сто миллиардов) – это приблизительно столько же, сколько звезд в нашей Галактике! – и каждый из них получает информацию от 1000 других нейронов. Количество синапсов на каждой нервной клетке различно. Так, крупные нейроны головного мозга человека могут иметь от 4 до 20 тысяч синаптических контактов, другие же – лишь по одному. Организация сложной сети межнейронных связей намного превосходит любую совершенную электронную схему. Хотя в большинстве случаев синапсы образуются между аксонами одной клетки и дендритами другой, существуют и иные типы синаптических контактов: между аксоном и аксоном, между дендритом и дендритом, между дендритом и телом клетки. Вряд ли кто сегодня возьмется с точностью подсчитать количество синапсов в мозгу человека, но число 1014 (сто триллионов) не кажется ученым невероятным. К настоящему времени структура нервной клетки довольно хорошо изучена и не представляет собой чего-то таинственного. Однако, изучая мозг животного и мозг человека, мы сталкиваемся с парадоксальным фактом: нервные клетки того и другого не имеют каких-либо качественных отличий и являются как бы «типовыми» строительными блоками мозгового вещества живых организмов. Но если мы сравним психическую деятельность даже таких представителей отряда приматов, как человекообразные обезьяны (шимпанзе, гориллы, орангутаны, гиббоны) и человека, то у последнего она будет много сложнее и совершеннее.

В чем же состоит секрет поразительной уникальности человеческого мозга, делающий его высшим творением природы? Может быть, ответ на этот вопрос следует искать не в клеточном строении мозга, а в огромной сложности устройства связей между отдельными нервными клетками? Исследовательский поиск полностью подтвердил правильность такого предположения, но поставил перед учеными целый ряд новых интереснейших загадок! С одной из них я вас сейчас и познакомлю.

В ходе исследований межнейронных связей было установлено, что подавляющее число синапсов размещается на дендритах нервной клетки. Поверхность дендрита снабжена густой сетью мельчайших грибообразных выростов, получивших название шипиков. Вот эти-то образования нервных клеток и оказались для ученых наиболее интересными, но... и наиболее спорными. До применения техники с высокой разрешающей способностью многие ученые сомневались в существовании шипиков. Сегодня, благодаря использованию электронного микроскопа, позволяющего увеличивать изображение в сотни тысяч и миллионы раз, мы можем проникнуть в святая святых мозга – его микромир – и исследовать строение даже таких мельчайших образований, какими являются шипики. Теперь нам известно, например, что шипик состоит из ножки и головки. Головка шипика имеет диаметр 1–2 микрометра, а ножка – 1–0,2 микрометра, длина же его может достигать 3–4 микрометров и больше. И вот оказывается, что окончание аксона одной клетки чаще всего контактирует не с самим дендритом другой клетки, а с расположенным на его теле шипиком, поэтому такой контакт получил название аксо-шипикового синапса.

Данные тончайших микроскопических исследований зачастую помогают ученым в раскрытии тех или иных тайн природы и позволяют ответить на многие важные вопросы. Удалось установить, что шипики играют важнейшую роль в психической деятельности человека. Здесь на помощь ученым пришли также данные клинической медицины. Оказалось, например, что некоторые психические заболевания связаны как раз с нарушением функции шипиков. При исследовании мозга больного, страдавшего при жизни одним из тяжелых психических заболеваний – шизофренией, проявлявшейся в нарушении всех психических функций, и прежде всего мышления, перед взором ученых предстала следующая картина. На первый взгляд каких-либо явных признаков повреждений мозга не было видно, однако тонкий микроскопический анализ мозга выявил резкое уменьшение числа шипиков, у оставшихся же наблюдалось нарушение их нормальной конфигурации: они были едва заметны, имели скрученную форму, у многих полностью отсутствовала ножка, что делало их похожими на пеньки. Таким образом, можно сделать предположение, что наша мыслительная деятельность как-то связана с работой дендритных шипиков.

Сходная картина была выявлена и при микроскопическом исследовании мозга человека, ранее страдающего так называемым старческим слабоумием, при котором происходят необратимые изменения психической деятельности, проявляющиеся в снижении способности к познанию, утрате приобретенных знаний, изменении поведения. Главным же симптомом этого заболевания пожилых людей считают нарушения функций памяти. Поэтому учеными был сделан вывод о том, что и память, как основное свойство мозга, связана с нормальной работой дендритных шипиков.

Однако вы можете правильно заметить, что приведенные мной примеры взяты из области патологии и характеризуют тяжелые последствия нарушений деятельности шипиков. Когда и как закладываются эти мельчайшие структурные образования в мозге нормального человека? Этот же вопрос встал и перед учеными, которые решили обратиться к «истокам» формирования шипиков в процессе развития мозга и организма в целом. И здесь ответить на целый ряд вопросов, как всегда, помогли экспериментальные исследования на животных, о некоторых из которых я и расскажу вам.

В одной из лабораторий Института биокибернетики имени Макса Планка, который находится в городе Тюбингене (Германия), ученые исследовали основные этапы созревания структур мозга у животных с момента рождения. И вот сотрудник лаборатории доктор Альмут Шуц задумала сложный, но любопытный эксперимент. Задача, казалось бы, была проста: необходимо было сравнить количество шипиков на поверхности дендритов нервных клеток мозга у морских свинок и белых крыс. Почему были выбраны именно эти животные? Прежде всего потому, что они принадлежат к одному и тому же отряду млекопитающих – грызунам, а это является одним из важных условий для сравнительного анализа. В то же время эти два вида животных имеют совершенно различные особенности развития. Если морские свинки рождаются уже зрячими, готовыми для самостоятельной жизни, то белые крысы появляются на свет совершенно слепыми, беспомощными и не способными прожить без постоянного материнского ухода. Оказалось, что эти особенности развития находят свое отражение и в тонком строении головного мозга животных. Доктор Альмут Шуц установила, что если у морских свинок дендриты нервных клеток к моменту рождения были снабжены значительным числом шипиков и их количество уже в первую неделю самостоятельной жизни возросло во много раз, то у белых крыс шипики на дендритах вообще отсутствовали, а их последующий рост проходил очень медленно. Только ко времени открывания глаз, начала активного передвижения и, наконец, самостоятельного питания количество шипиков у белых крыс лишь приблизилось к той цифре, которую уже давно достигли морские свинки.

Выходит, что головной мозг зрелорождающихся животных (в данном случае морские свинки) к моменту рождения снабжен определенным запасом шипиков, позволяющих животному активно осуществлять нормальное поведение уже с первых дней самостоятельной жизни. У незрелорождающихся (белые крысы) образование и рост числа шипиков, по-видимому, является прямым следствием восприятия животными новой информации, обучения и тренировки памяти.

Интересно, что последнее предположение нашло свое блестящее экспериментальное подтверждение в работах другого исследователя – профессора Габриеля Хорна. В его лаборатории, находящейся в Оксфордском университете (Англия), изучали одно из удивительных явлений обучения и памяти, которое впервые было описано знаменитым австрийским зоологом Конрадом Лоренцом и названо им запечатлением (по-английски – imprinting). Приведем классический пример этого явления. Новорожденные цыплята, едва вылупившись из яйца, обладают уникальной врожденной способностью мгновенно запоминать, как бы фотографировать первый увиденный ими предмет и следовать за ним. В обычных природных условиях этим «предметом», как правило, оказывалась курица-мама, и именно ее образ прочно запечатлевается в мозге вылупившихся цыплят. Отныне они будут неотступно идти за курицей, куда бы она ни пошла. Глубокий биологический смысл этого явления состоит в том, что обеспечивается охрана потомства. Природа придумала очень мудро: ведь поодиночке эти несмышленыши могли бы стать легкой добычей хищников, а так мама, не боясь растерять своих детей, может спокойно заняться необходимым делом, например поиском пищи. Такое свойство мозга – мгновенно запечатлевать окружающий мир – проявляется, однако, только в течение довольно короткого периода времени после рождения животного. Но несмотря на то, что потом эта уникальная способность утрачивается, сформированные на ее основе памятные следы остаются и могут храниться на протяжении всей жизни животного.

«Но при чем же здесь шипики?» – спросите вы. Так вот, английский физиолог Г. Хорн провел интереснейший эксперимент. Только что вылупившихся цыплят разделил на две группы. Цыплятам первой группы уже через короткое время была показана геометрическая фигура в форме пирамиды зеленого цвета. Второй же группе цыплят, служившей в эксперименте для контроля, не было предъявлено никаких объектов – символов. Затем цыплят обеих групп вновь объединили и перед ними поставили ту же самую пирамиду. Что же увидел исследователь? Те цыплята, для которых пирамида стала первым объектом знакомства с окружающим миром, сразу собрались кучкой возле нее. Любая попытка перемещения пирамиды по экспериментальному манежу влекла за собой и изменение поведения этих цыплят: тоненько попискивая, они всякий раз со всех ног бежали за зеленой «мамой». Остальные же цыплята при этом оставались невозмутимыми, продолжали спокойно разгуливать по манежу, безразлично относясь к происходящему. Стало быть, в памяти обученных цыплят запечатлелся определенный образ, который и управлял их поведением.

Цыплята, для которых пирамида стала первым объектом знакомства с окружающим миром, сразу собрались кучкой возле нее

Далее начался кропотливый поиск тех структур мозга, которые ответственны за процессы запечатления. И оказалось, что у обученных цыплят в некоторых отделах мозга количество дендритных шипиков на единицу площади в несколько раз больше, чем у необученных. Значит, такая форма обучения и памяти, как запечатление, впрямую зависит от процесса образования шипиков и увеличения синоптических контактов с ними.

Примеры подобных научных поисков можно было бы продолжить, но сейчас мне хочется остановиться на главном, что вытекает из всех этих исследований. Существует распространенное мнение о том, что животное рождается на свет с определенным количеством нервных клеток мозга и их число не возрастает, несмотря на то, что по мере взросления животного масса мозга может увеличиваться. В отличие от других клеток нашего организма нервные клетки не размножаются, и их количество на протяжении индивидуальной жизни организма может только уменьшаться. (Вспомните хотя бы довольно расхожую присказку: «Не надо волноваться! Нервные клетки не восстанавливаются!») По правде сказать, с трудом верится в такую «неосмотрительность» природы. И вот оказывается, что она нашла выход из этого положения, но не за счет количественного увеличения нервных клеток, а за счет качественного совершенствования связей между ними, которое выразилось в прогрессивном увеличении числа дендритных шипиков (а значит, и контактов между клетками) по мере обучения животного, т. е. по мере освоения им окружающего мира и приобретения жизненного опыта, зафиксированного в памяти. Расстройства же процессов обучения и памяти связаны как раз с обратными явлениями «сморщивания» шипиков и разрыва контактов между клетками. Поистине «мал золотник, да дорог»!

Так учеными была раскрыта еще одна из тайн нашей психики и доказано, что такие важные для живых организмов процессы, как обучение и память, основываются прежде всего на функционировании заново формирующихся контактов между нервными клетками мозга.

Если взглянуть на схематическое изображение мозга человека, то нетрудно заметить, что одним из самых крупных образований головного мозга являются симметрично расположенные большие полушария – правое и левое. Несмотря на то, что по морфологическому строению они весьма сходны друг с другом, их функциональная роль в осуществлении полноценной психической деятельности человека очень различна. В науке это получило название функциональной асимметрии мозга.

В настоящее время установлено, что функцией левого полушария является переработка звуковой и знаковой информации, а также чтение и счет. Так, в левом полушарии находится один из самых важных нервных центров человека – центр речи. Однако было бы ошибкой представлять его в виде какого-то маленького, локально расположенного участка мозга. Ведь сама речь – это чрезвычайно сложный процесс, включающий в себя как непосредственно речевые, так и двигательные компоненты. Поэтому центр речи – это целое «созвездие» участков, расположенных в разных местах коры левого полушария и объединенных только функционально – участием в осуществлении речевой деятельности человека. В это «созвездие» входят, к примеру, центр, ведающий произнесением слов (артикуляцией), центр прослушивания слов, центр чтения. Поскольку в этом же полушарии располагаются чувствительные и двигательные центры, управляющие координированными движениями правой (ведущей) руки человека, среди них мы без труда найдем еще одного участника нашего речевого «созвездия» – центр письма. Итак, можно сказать, что левое полушарие мозга человека управляет процессами произнесения, чтения, написания и понимания слов, в целом же восприятием и формированием устной и письменной речи, осуществлением математических операций. Но поскольку вся психическая деятельность человека, которая опирается на словесное мышление и управляется сознанием, является проявлением абстрагирующей функции мозга, левое полушарие можно считать органом абстрактного мышления человека.

Ну а что же делает правое полушарие? Установлено, что оно, в отличие от левого полушария, имеет дело с целостными образами и в его функцию входит ориентация в пространстве, различение музыкальных тонов, мелодий, различных неречевых звуков, распознавание сложных объектов (в частности, человеческих лиц), наше эмоциональное восприятие. Правое полушарие является своеобразной «фабрикой по производству сновидений». Причем надо отметить, что ряд этих процессов может проходить без контроля со стороны сознания. Вспомните, как вы воспринимаете другого человека. Вы обращаете внимание не только на его слова и поступки. Нет, вы воспринимаете его целиком, со всеми свойственными ему жестами, мимикой, интонациями, с его оценкой самого себя и других. И еще с чем-то, чего определить и выразить вы не сумеете. Многие называют это «нечто» внутренней интуицией, которая нередко позволяет, вопреки видимому внешнему образу и слышимым словам, дать истинную оценку способностям человека. Роль интуиции, в основе которой лежит образное мышление, иногда очень важна. Так, шахматист, видя всю сложную ситуацию на доске, не перебирает многочисленные варианты ее решения, а почти мгновенно останавливается на каком-то одном. Если в этот момент спросить его, почему он остановил свой выбор на нем, ему порой будет затруднительно ответить. Он пожмет плечами и скажет: «Сработала интуиция». «Образное мышление», – добавим мы.

Однако, несмотря на существование подобной специализации мозговых полушарий, их разделение несколько условно. Ведь наше мышление, поведение и психика представляют собой единый процесс, единым «рабочим органом» которого является мозг. И действительно, оказывается, что при всей автономности функций мозговые полушария тесно связаны между собой специальными нервными путями. В нормальном целостном мозге они как бы постоянно «переговариваются» друг с другом, все время учитывая в своей работе информацию, полученную от партнера. Таким образом, оба полушария функционируют во взаимодействии, внося свою специфику в работу мозга в целом.

Различие функций левого и правого полушарий

Большинство ученых и врачей-клиницистов считают, что левое полушарие мозга человека является ведущим в смысле выполнения наиболее тонких форм психической деятельности. В то же время другие ученые полагают, что есть люди, у которых в поведении и психике преобладают черты «правополушарности». На этом разделении по ведущему признаку даже пытаются строить классификацию человеческих темпераментов. Еще выдающийся русский физиолог И. П. Павлов выделял два типа темперамента человека: мыслительный и художественный. Многие современные исследователи считают, что у человека с преобладанием мыслительных способностей доминируют черты «левополушарности»: задумчивость, медлительность, слабая эмоциональность, склонность к аналитическим наукам (математика, физика, химия), ему свойственно стремление описывать события в дневниках, тщательно анализируя их. Если анализировать психологические особенности такого человека, то можно сказать, что перед нами – логик. Он великолепно знает свое дело. Безупречен. Опираясь на факты, может четко проанализировать ситуацию. Его «да» – это твердое, не терпящее сомнений «да»; его «нет» – это окончательное «нет». На него можно положиться. Однако в вещах и явлениях он видит только то, что предполагает увидеть в связи с поставленными задачами и сложившимися представлениями. Когда же реальная действительность выходит за рамки его абстрактных гипотез, построенных на основе строгих, логически выстроенных фактов, то он теряется и сердится. Такой человек не верит ни в интуицию, ни в совпадения, ни в судьбу.

Противоположный пример представляют собой люди с выявленными признаками «правополушарности», т. е. с преобладанием пространственного мышления. Элементами их психологической характеристики будут импульсивность, эмоциональность, не всегда строгая логичность, склонность к искусству, музыке, живописи, черты, свойственные художественному темпераменту. Такой человек лишен каких бы то ни было устоявшихся штампов. Он живет «сейчас» и «здесь». Ничто его не удивляет. Порой его поведение противоречит всякой логике, но наличие интуиции помогает ему выбраться из любых, даже самых запутанных ситуаций, именно он, когда дело как будто бы заходит в тупик, не отступает. И оказывается прав.

Сразу же оговоримся, что и это деление чаще всего бывает условным. Как правило, в жизни мы встречаемся с людьми промежуточных темпераментов, обладающих как признаками художественного, так и мыслительного типа. Одним из самых ярких примеров этой взаимосвязи является научное творчество, использующее в своем арсенале обе формы мышления: образное и словесное. Несмотря на то, что окончательные выводы ученых сформированы логическим сознанием, на пути к открытию часто вступает в дело интуитивное образное мышление, которое позволяет оценить исследуемое явление в целом, со всеми присущими ему противоречиями, т. е. синтетически. Таким образом, сознание представляет собой хоть и высшую, но не всеобъемлющую форму отражения действительности.

У правшей правая нога всегда окажется на левой, большой палец правой руки – над большим пальцем левой

У левшей левая нога окажется на правой, палец левой руки – над большим пальцем правой

А можно ли на практике определить, какое полушарие мозга является ведущим у данного человека? С известной долей вероятности можно. Пригласите ваших товарищей и попробуйте вместе с ними провести следующий научный эксперимент. Посадите несколько человек перед собой на стулья. Вы будете ведущим. Попросите присутствующих положить ногу на ногу. У правшей правая нога всегда окажется на левой, а не наоборот. Сходная картина выявляется и тогда, когда вы дадите задание испытуемым сцепить пальцы рук в «замке», у большинства людей большой палец правой руки окажется над большим пальцем левой.

А вот еще один тест. Каждому из участников эксперимента по очереди выдается игрушка – детский калейдоскоп, и ведущий внимательно наблюдает, какой рукой и к какому глазу подносит человек калейдоскоп, чтобы рассмотреть возникающие там цветовые орнаменты. Оказывается, что почти все будут брать калейдоскоп правой рукой и подносить его к правому (ведущему) глазу. Этих тестов достаточно, чтобы с убежденностью сказать, что перед нами по преимуществу правши, у которых ведущим является левое полушарие. Однако полученные результаты еще не являются доказательством того, что у данных людей логическое мышление преобладает над образным. Для этого нужны другие специальные тесты.

Долгое время считалось, что функциональная специализация полушарий головного мозга является достоянием только человеческой психики, появившейся в результате развития его социальной практики. Однако известный ученый, профессор Всеволод Львович Бианки взялся оспорить это традиционное представление, вплотную занявшись изучением проблемы функциональной асимметрии мозга животных. Он считает, что неравноценность полушарий головного мозга имеет место уже у представителей животного мира и, таким образом, не является исключительным свойством человека. Это предположение имеет очень важное значение, поскольку означает, что функциональная асимметрия мозга человека имеет глубокие эволюционные корни. Изучив соотношение функций мозговых полушарий у многих видов млекопитающих, В. Л. Бианки пришел к любопытному заключению. Оказалось, что левое полушарие работает по принципу индукции, т. е. вначале воспринимает отдельные детали образа, а затем уже строит его целостную картину. В свою очередь, правое полушарие работает «наоборот»: вначале строит целостный образ окружающей действительности, а затем анализирует его по частям, дробя на отдельные составляющие, т. е. работает по принципу дедукции. Совместная деятельность обоих полушарий обеспечивает животному полноценное восприятие мира и целесообразное поведение в нем. Различие же между нами и нашими меньшими братьями состоит лишь в степени развития как индуктивных, так и дедуктивных способностей.