Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

У самых простых хордовых, ланцетника например, мозг представляет собой полую трубку, замкнутую с обоих концов. У рыб в передней части этой трубки заметны несколько вздутий, получивших название переднего, среднего и заднего мозга. Остальная трубка в русском языке называется спинным мозгом, а в английском «спинным шнуром», spinal cord. Как уже упоминалось, что называть мозгом – вопрос традиции. Вздутия на поверхности трубки симметричны, поэтому передний мозг, замкнутое окончание нервной системы, выглядит как два пузыря – слева и справа. Этим пузырям, или полушариям мозга, соответствуют два глаза, две ноздри, два уха и так далее.

Эту общую структуру мозга можно проследить по анатомическим или молекулярным признакам у всех позвоночных. И у рыб, и у лягушек, и у черепах, и у людей есть и задний, и средний, и передний мозг. Но у млекопитающих что-то происходит с передним. В первый месяц внутриутробного развития наш мозг во всем напоминает рыбий. Но к концу второго месяца у человека вздутия на конце трубки увеличиваются до таких размеров, что прячут под собой все остальное. Они продолжают разрастаться и на каком-то этапе, буквально перестав влезать в череп, начинают вжиматься сами в себя. На них образуются складки и извилины. Трубка превращается в две огромные дольки грецкого ореха, с которых свисает тонкий шнур.

Складчатость нашего мозга иллюстрирует тот факт, что значение имеет не просто его масса, а площадь поверхности. Если бы мозг думал равномерно всей своей толщиной, то делать в нем складки не было бы никакого смысла – больше нервной ткани все равно не упакуешь. Но как в отдельно взятом нейроне все самое интересное происходит не в толще клетки, а на ее электризованной мембране, так и в мозге млекопитающего все самое интересное происходит на поверхности. На поперечном разрезе человеческого мозга смысл складок становится очевиден: они максимизируют количество серого вещества, также известного как кора больших полушарий – двух миллиметров поверхности, плотно набитых миллиардами тесно прижатых друг к другу нервных клеток. Серое вещество с остальным мозгом, зажатым в глубине полушарий, соединяет белое вещество – толстый слой волокон, отходящих от всей поверхности коры. Фактически это огромный нерв, состоящий из отростков клеток, живущих в сером веществе. В белом веществе нет синапсов, оно не обрабатывает информацию и, несмотря на свои внушительные размеры, потребляет на порядок меньше энергии, чем серое вещество. Это как бы масса проводов, обслуживающих процессор коры.

Все самое главное, что мы знаем о коре, известно благодаря внедрению электродов в разные ее участки – примерно так же, как мы в нашей лаборатории внедряем электроды в клетки аплизии, чтобы следить за их потенциалами действия. Когда ученые впервые стали наблюдать таким образом за нейронами коры, они мгновенно обнаружили, что кора с функциональной точки зрения – это плоскость. Вообще говоря, кора состоит из нескольких слоев нейронов, то есть, если выбрать снаружи точку и провести от нее прямую перпендикулярно поверхности, на прямой окажется не один нейрон, а целая группа, или колонка. Так вот выяснилось, что колонки нейронов в коре работают как единое целое: они включаются и отключаются одновременно во всех слоях. Колонка, состоящая обычно из шести слоев и нескольких десятков нейронов, представляет собой функциональный модуль коры, повторенный в ней бесчисленное количество раз.

Наблюдая за активностью колонок в разных частях коры в разных ситуациях, можно составить карту соответствий между их работой и событиями во внешней среде, а искусственно стимулируя разные колонки, можно узнать, к чему приводит их включение. Такие исследования обычно проводят на обезьянах или кошках, но иногда и на человеке. Знаменитые исследования Уайлдера Пенфилда на эпилептиках – один из главных источников нашего понимания собственного мозга.

Научные заслуги Пенфилда стали побочным продуктом хирургических операций у пациентов-эпилептиков с открытой черепной коробкой. Метод Пенфилда заключался в том, чтобы оголить человеку, страдающему эпилепсией, мозг, найти очаг поражения, вызывающий припадки, и его вырезать. Как бы варварски это ни звучало, работает такая операция на удивление успешно и с некоторыми технологическими улучшениями применяется до сих пор²⁴. Главная проблема – найти очаг поражения. Для этого Пенфилд пользовался методом, напоминающим игру «Сапер»: наобум стимулировал разные колонки коры электрическим сигналом и просил пациентов описать, что они при этом чувствуют, до тех пор, пока один из импульсов не вызывал у пациента припадок. Хотя задачей Пенфилда всегда было обнаружение этого пораженного участка, в процессе поиска он прощупал своим «сапером» у разных пациентов всю кору^{25, 26}.