Истинный творец всего. Как человеческий мозг сформировал вселенную в том виде, в котором мы ее воспринимаем

На ранних этапах развития пластичность мозга позволяет совершать поистине удивительные вещи. Например, у новорожденных детей с аутоиммунным воспалением головного мозга, известным как синдром Расмуссена, может происходить необратимое повреждение целого полушария. В результате у этих детей возникают эпилептические приступы, не поддающиеся медикаментозному лечению. Иногда в таких случаях единственным возможным лечением является полное удаление коры поврежденного полушария. Может показаться, что это лечение должно приводить к серьезным неврологическим дефектам у таких больных. Именно этого ожидали врачи, которые первыми пытались проводить подобные операции. Однако большинство из таких детей вырастают и ведут почти нормальный образ жизни (если операция проведена достаточно быстро после рождения). Произвольный сторонний наблюдатель, который встречается с таким пациентом во взрослом возрасте, может и не понять, что у того отсутствует вся кора мозга – настолько хорошо мозг способен адаптироваться к травме. Иногда такие особенности выясняются только при экстренном сканировании головы находящегося без сознания человека. Например, пациента доставляют в больницу после автомобильной аварии – и, к великому изумлению радиолога, в черепе пострадавшего обнаруживается гигантская полость.

Пластичность также проявляется в пучках белого вещества, связывающих разные области коры. Например, Хечт с сотрудниками проводили сканирование мозга добровольцев до, во время и после длительного (двухлетнего) и интенсивного обучения профессиональному изготовлению каменных орудий палеолита. Ученым удалось показать, что обучение изготовлению орудий, как ни странно, вызывало значительные метаболические и структурные изменения верхнего продольного пучка и соседних областей, выражающиеся в изменении плотности нервов, их калибра и уровня миелинизации аксонов.

Один из самых удивительных результатов наших экспериментов со свободно движущимися грызунами и обезьянами с применением мультиэлектродной записи заключался в выявлении принципа сохранения энергии. У животных, которые учатся выполнять различные задачи, наблюдаются вариации скорости возбуждения отдельных нейронов. Однако в больших кортикальных сетях общая электрическая активность имеет тенденцию оставаться на постоянном уровне. Если выражаться более техническим языком, общее количество потенциалов действия, созданных псевдослучайным возбуждением сотен нейронов конкретной сети (скажем, соматосенсорной системы), в целом колеблется относительно среднего значения. Теперь это открытие подтверждено для многих областей коры разных видов животных, включая мышей, крыс и обезьян. Всего пару лет назад профессор нейрорадиологии из Университета Дьюка Аллен Сонг – один из ведущих мировых специалистов по визуализации мозга и один из моих лучших друзей – показал мне, что при анализе результатов магнитно-резонансного исследования человеческого мозга можно идентифицировать не только те области, в которых потребление кислорода и возбуждение нейронов превышают фон, но также области, в которых потребление кислорода пропорционально снижается, что говорит о том, что общий уровень потребления энергии мозгом остается постоянным. Эти данные исследований человеческого мозга дополнительно подтверждают принцип сохранения энергии, наблюдавшийся в наших нейрофизиологических экспериментах на животных.

Главный вывод из этого принципа заключается в том, что, поскольку мозг обладает фиксированным энергетическим запасом, сети нейронов вынуждены соблюдать предел скорости возбуждения. Таким образом, если одни нейроны коры временно повышают скорость возбуждения в ответ на какой-то сенсорный стимул или при необходимости их участия в генерации движения или какого-то иного поведения, соседним клеткам приходится пропорционально снижать собственную скорость возбуждения, чтобы общая активность всего ансамбля нейронов оставалась постоянной.

Рисунок 4.10 обобщает принципы функционирования ансамблей нейронов и отражает их возможную иерархию от более общих (внешний круг) до более специфических (последующие внутренние круги).

Рис. 4.10. Иерархия физиологических принципов действия нейронных ансамблей. Внешний круг (принцип сохранения энергии) соответствует самому общему принципу. Внутренние круги последовательно отражают другие принципы – от более общих к более специфическим (рисунок Кустодио Роса).