По ту сторону сознания. Нейронаучный подход в психотерапии - Андрей Владимирович Курпатов
Глава вторая
Нейросетевая структура мозга
Не психология должна помогать физиологии больших полушарий, а наоборот – физиологическое изучение этого органа у животных должно лечь в основание точного научного анализа субъективного мира человека.
Иван Петрович Павлов
Современные исследования показывают, что кора головного мозга – это шестислойное серверное полотно общей площадью от 1200 до 2200 см˛. Так что размер примерно равен шейному платку, смятому извилинами в пространстве черепа. Толщина коры колеблется от 2 до 4 мм, а основной объём полушарий нашего мозга – это не тела «серых клеточек» (серое вещество), а их отростки, тянущиеся в разные стороны, – так называемое «белое вещество мозга» (см. рис. 21).
Нейроны общаются друг с другом с помощью отростков, на поверхности которых находятся специальные образования – синапсы (в среднем по 10 тысяч синапсов на один нейрон), их в мозге триллионы. С помощью синапсов нейроны обмениваются электрическим зарядом посредством, по сути, химической реакции с использованием нейромедиаторов.
Рис. 21. Белое и серое вещества мозга
Благодаря такому устройству механизма передачи импульс напряжения нейрона не растекается бесконтрольно, а передаётся отдельными импульсами – разрядами. Важно, что количество нейромедиаторов является для нейрона критерием активности, которую он передаёт, а выделение большого количества соответствующих нейромедиаторов способствует своего рода кумулятивному эффекту – вовлечению в решение данной задачи ещё большего количества нейронов.
Возникающий синхронный ритм разрядов групп нейронов, создающий специфические ЭЭГ-волны (альфа, бета, тета, дельта, гамма), является эффективным инструментом коллективной работы нейронов – они таким образом подзаводят друг друга и настраиваются на одну волну функционирования[57]. Это может показаться странным – зачем волны напряжения постоянно прокатываются по нашему мозгу от задних отделов к передним?
Судя по всему, когда нейроны колеблются в одном ритме, они усиливают сигнал и позволяют передавать его на большие расстояния. Мозг получает возможность эффективно объединять информацию от различных областей и создавать целостную систему реагирования. Можно сравнить это с оркестром, где каждый инструмент – отдел мозга – играет свою партию, а их гармония словно бы управляется невидимым дирижёром общего ритма. Лучше всего изучены:
⮞ альфа-ритм (8–13 Гц), обеспечивающий эффект спокойного бодрствования;
⮞ бета-ритм (14–30 Гц), который связан с активным бодрствованием и концентрацией внимания;
⮞ тета-ритм (4–7 Гц) состояния сонливости, а также возникающий во время медитации и при гипнозе;
⮞ дельта-ритм (менее 4 Гц), характерный для глубокого медленноволнового сна.
Ритмическая активность мозга важна для кодирования информации. Например, быстрая бета-активность обеспечивает сознательную активность, в то время как более медленные тета-ритмы связаны с процессами консолидации памяти. Благодаря общему ритму разные области мозга колеблются синхронно и становятся более восприимчивыми к сигналам друг друга, что позволяет координировать их совместную работу.
Впрочем, есть в этом некий парадокс… Если, глядя на кору, мы видим отдельные области, ответственные за разные функции – зрение, двигательную активность, речевые центры, память и социальные отношения, – то что это за электрические волны, которые так уверенно на своей частоте прокатываются сразу по всей поверхности от задних отделов мозга к передним, волна за волной?
То есть мы вроде бы видим некие центры в коре головного мозга, причём у каждого из которых свои задачи, но при этом активность коры подчиняется какому-то ритму, и не частями, а сразу вся… Что мы упускаем?
Мы упускаем сетевую структуру. Исправим это досадное недоразумение.
§ 2.1. Модульная организация
Может ли мозг понять мозг? Может ли он понять разум? Это гигантский компьютер, или какой‐то другой гигантский аппарат, или что‐то ещё?
Дэвид Хьюбел
Долгое время, рассказывая о мозге, учёные описывали лишь отдельные его анатомические образования: это миндалевидное тело, отвечающее за страх и агрессию; это зрительная область, отвечающая за зрение; здесь располагаются центры речи, отвечающие за понимание речи и генерацию высказываний, и т. д.
Но теперь о мозге и, в частности, его коре говорят совсем иначе. Это объясняется настоящей революцией, которую произвели в науке о мозге новые методы его исследования – функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), диффузионно-тензорная магнитно-резонансная томография (ДТ МРТ) и др.
Ещё совсем недавно изучать мозг можно было либо у мёртвых, препарируя его на анатомическом столике, либо во время нейрохирургических операций, когда, прямо скажем, особо не до науки – выжил бы пациент, и то хорошо. А также использовался метод электроэнцефалографии (ЭЭГ), который позволяет снимать показатели электрической активности с поверхности головы, но у этого метода достаточно ограниченные возможности.
С появлением магнитно-резонансной томографии мы получили возможность заглянуть в живой, работающий мозг. Теперь мы даже можем давать ему специальные задания, а затем следить за тем, что в нём происходит при их выполнении. В результате мы выяснили, что работа мозга определяется не столько отдельными анатомическими образованиями, сколько многообразием нейронных сетей, которые связывают в мозге буквально всё со всем.
Разумеется, существование нейронных сетей в мозге уже давно не было секретом, но прежде это была лишь теория, а теперь мы знаем, что это за сети, как они организованы и за что отвечают. При этом важно иметь в виду, что кора головного мозга устроена куда сложнее, чем может показаться на первый взгляд (см. рис. 22).
Мы уже говорили о кортикальных колонках В. Маунткасла, которые представляют собой своего рода сборные модули разной величины: микроколонки, в которых насчитывается порядка 80–120 нейронов, те, в свою очередь, собраны в более массивные гиперколонки – по 50–100 микроколонок в каждой.
Рис. 22. ЗD-реконструкция пяти кортикальных колонок соматосенсорной коры головного мозга крысы[58]
Нейроны внутри каждой колонки реагируют на один и тот же тип стимулов и связаны между собой через вертикальные связи, которые обеспечивают интеграцию и обработку информации, поступающей данной колонке «на входе».
Каждый из шести слоёв имеет свою функцию и связан с определёнными структурами – так, например, четвёртый слой колонок принимает входящую сенсорную информацию от таламуса, а пятый слой, напротив, посылает нисходящие команды к подкорковым структурам (рис. 23).
Гиперколонки, в свою очередь, образуют большие кортикальные модули (площадью 200–300 мкм), а уже из них складываются функциональные центры, которые по традиции называются полями Бродмана – раньше их насчитывали чуть больше 50, но детализация продолжается. Сейчас нейроучёные выделяют до 500 таких функциональных полей (рис. 24).
