Когда вы открываете глаза и видите очертания спальни, ваша первая мысль, скорее всего, о том, что предстоит сделать, когда вы встанете с кровати. К настоящему времени вы как минимум полностью осознаете, кто вы, где вы находитесь и какой сегодня день. В вашем сознании складывается картина жизни, которая теперь укладывается в четко определенной и хорошо продуманной перспективе. Что позволило вашему мозгу перейти от простого, пассивного сознания, сконцентрированного на желании подольше нежиться под одеялом, к такому четкому, направленному внутрь фокусу?

Осмысление текущего момента уступает место бурному, гипотетическому миру грядущих событий и встреч и той роли, которую вы сыграете в них. Ваше сознание, несомненно, каким-то образом «углубилось» или «выросло» за последние несколько мгновений: здесь должен возникнуть некоторый дополнительный фактор, приводящий вас к этой гораздо более персонализированной «когнитивной» перспективе.

Вы поднимаетесь с кровати, натягиваете какую-то одежду и спотыкаетесь на лестнице. Бобо, ваш бордер-колли, встречает вас нетерпеливо и восторженно, энергично виляя хвостом. Сейчас нет времени на кофе, не говоря уже о завтраке: вы оба ощущаете необходимость отправиться на привычную утреннюю прогулку. Возможно, свежий воздух и шаги «на автопилоте» помогут вам еще глубже погрузиться в свои мысли. Говоря словами Фридриха Ницше, «все по-настоящему великие мысли приходят в голову во время прогулок».

Это предложение может показаться нелогичным, ведь мозг имеет ограниченные ресурсы. Впрочем, помимо очевидного снижения эффективности при одновременном выполнении сходных между собой действий, в тех случаях, когда действия полностью отличаются друг от друга, как, например, ходьба и мышление, может возникать даже эффект взаимного усиления. Существуют исследования, наглядно демонстрирующие улучшение способности к концентрации и запоминанию в процессе ходьбы. Особенно, когда испытуемые сами выбирают темп.

Более того, погружение в естественную среду может оказывать большое влияние на вашу внимательность. Исследователи из Энн-Арбор, штат Мичиган, рассмотрели два способа оценки внимания. В первом случае участники эксперимента слышали случайные последовательности чисел, содержащие от 3 до 9 знаков, а затем повторяли их в обратном порядке: здесь производительность зависит от способности к фокусированию внимания. Эта способность является одним из основных компонентов кратковременной памяти. В другом эксперименте при помощи компьютера оценивалась способность к выявлению опасности, ориентированию и исполнительное внимание, которое требует наибольшего контроля. Идея заключалась в том, чтобы сравнить результаты тестов до и после пятидесятиминутной прогулки в дендропарке Энн-Арбор, где отсутствуют раздражители, типичные для городской среды, а также пятидесятиминутного пребывания на оживленных улицах. Те же тесты были даны другой группе участников до и после десятиминутного просмотра фотографий с городскими и природными пейзажами. Удивительно, но результаты показали, что прогулка в дендрарии и даже просто просмотр фотографий природы оказали впечатляющее влияние на работу мозга – результаты тестов этих двух групп испытуемых значительно улучшились. Чего, в свою очередь, нельзя сказать о тех, кто прогуливался по улицам города или просматривал фотографии этих улиц. Похоже, что ассоциации, которые вызывают фотографии, могут оказывать влияние на когнитивные способности, в частности на общий объем информации, которую мозг способен удерживать в любой конкретный момент.

Исследователи объясняют эти результаты контрастностью реактивного внимания с проактивным: городская среда полна разнообразных стимулов, которые привлекают наше внимание, хотим мы того или нет. Таким образом, этот тип среды заставляет наш мозг максимально задействовать возможности реактивного внимания, чтобы мы могли избежать, скажем, столкновения с автомобилем. С другой стороны, природная среда избавляет нас от необходимости постоянно быть начеку и вместо этого располагает к более добровольной, проактивной форме внимания. Когда вы решаете повнимательнее рассмотреть растение, устремить взгляд к линии горизонта, а затем, возможно, поднять голову и полюбоваться кроной дерева, эта внутренняя последовательность событий будет способствовать восстановлению самоконтроля, давая вам время, чтобы развивать и углублять мысли.

Несколько более экстремальная версия эксперимента включала оценку влияния четырехдневных туристических походов не только на способности к познанию, но и на творческое мышление. По возвращении проводились тесты: испытуемые должны были ответить на тридцать-сорок вопросов, каждый из которых состоял из трех повседневных слов, кажущихся не связанными между собой. Задача состояла в том, чтобы придумать четвертое слово, которое каким-то образом связано с каждым из первых трех. Например, в ряду слов «разбитый», «чистый» и «глаз», четвертым может быть, например, «стекло». По окончании четырехдневного похода творческие способности участников эксперимента повысились в среднем на 50 %. Однако трудно определить, какой из сложного комплекса факторов оказал наибольшее влияние – физическая активность или созерцание природы, а может, попросту улучшившееся качество сна, свежий воздух и общение.

Вы сейчас так же погружены в созерцание и, спотыкаясь, следуете за Бобо. В данный момент, по крайней мере, вам не нужно оперативно реагировать на стимулы, поступающие из внешнего мира, ваш мозг занят другой работой – он сортирует информацию, чтобы объединить элементы новым, возможно, «креативным» способом. Под открытым небом вы дышите глубоко, ваш взгляд устремляется внутрь – вы погружаетесь в размышления. Это опыт, доступный вам здесь и сейчас. Вы испытываете различные ощущения. Мы знаем, что смех и крик – это спонтанные, атавистические реакции. Таким образом, виляющая хвостом собака и смеющийся ребенок, соответственно, демонстрируют эволюционную (филогенетическую) и индивидуальную (онтогенетическую) экспрессию самого примитивного типа сознания, в котором преобладают сырые эмоции и реактивность. А теперь задумайтесь о множестве различных форм мышления – о памяти, фантазии, логике, планировании: все они имеют одну общую черту – они тесно связаны с базовыми чувствами. Безусловно, помимо этого, важной чертой любой формы мышления выступают временные рамки: мысль имеет начало, середину и конец, вы «перемещаетесь» из исходной точки в некую новую. И как вы добрались до этого места, этого нового вывода или решения? Вас привела цепочка шагов, формирующих линейный путь: всем знакомо выражение «ход мыслей».

Продолжая эту линию (забавный каламбур), нужно отметить, что выдающийся невролог Олег Горникевич, разработавший методику лечения расстройства движения при болезни Паркинсона, определил мышление как «движение, ограниченное мозгом». Таким образом, мысль, в отличие от эмоции, представляет собой серию шагов, своего рода движение: чем длиннее путь, тем глубже мысль. Более того, на практике физический акт ходьбы может усиливать этот внутренний процесс, отражая во внешнем движении то, что происходит в мозге. Обладая четкой причинно-следственной связью, повторяющееся сокращение мышц помогает не сбиться с мысли.

И прогулка с собакой способна произвести еще больший эффект. Как писал журналист Эд Стауртон, «прогулка с собакой становится похожей на чтение романа или наблюдение за игрой: сомнения прочь, и на час или около того нам предоставляется лицензия на бегство от обыденности. Фантазия расцветает и даже довольно тривиальные моменты в жизни собаки становятся источником удивления, веселья и даже беспокойства».

Любой хозяин, вероятно, стал бы настаивать на том, что его собака – совершенно сознательное существо. Иначе почему человек отдает собаке столько личного времени и любви, порой тратит на нее баснословные деньги? Эд Стауртон говорил следующее: «Даже зная, что собака – это просто собака, мы по-прежнему позволяем себе говорить и думать о наших собаках как о друзьях, по праву достойных нашей привязанности». Но как именно устроено собачье сознание и в чем его решающее отличие от человеческого?

 

Нечеловеческое сознание

Помните, мы затрагивали вопрос наличия сознания у плода, рассуждали, есть ли некий рубеж или же сознание формируется постепенно? Теперь речь пойдет о сознании животных. Решение этих двух загадок может дать нам несоизмеримо больше, чем просто утоление любопытства. Итак, давайте порассуждаем: если сознание может расти по мере того, как растет сам индивид (онтогенетически), может ли подобный процесс быть выведен на эволюционный (филогенетический) уровень? Иными словами, развивается ли сознание параллельно с эволюцией?

Мозг человека отличается от мозга крысы, белки, кролика, верблюда, кошки, обезьяны и любого другого животного так же, как каждый соответствующий вид в целом отличается от другого. В животном мире для каждого вида характерны определенные анатомические особенности мозга: некоторые области могут быть развиты больше других, могут значительно отличаться по форме, и, что очевидно, общий размер мозга животных существенно варьируется. Но основной структурный план одинаков, и нет четкой анатомической линии, нет Рубикона, который можно было бы пересечь и с уверенностью сказать: «Этот вид обладает сознанием. А этот вид – просто неодушевленная биомашина».

Рассмотрим следующий пример, отмеченный Тоби Коллинзом, морским биологом, который был очарован нейронаукой и, в конечном итоге, стал работать в моей лаборатории. Из-за специфических взглядов, сформированных его предыдущим профессиональным опытом, Тоби поднял некоторые интересные вопросы, касающиеся осьминогов. Во многих странах мира на законодательном уровне регулируется порядок проведения экспериментов с живыми животными – чаще всего речь идет о позвоночных, – эти правила необходимы, чтобы обеспечить наиболее гуманное обращение. Интересно, что в некоторых странах, в частности в Великобритании, в перечень таких видов включено беспозвоночное животное – осьминог обыкновенный (octopus vulgaris): вы не можете выполнять инвазивные процедуры без анестезии, и поэтому логично предположить, что осьминог чувствует боль.

А вот осьминог кудрявый (eledone cirrhosa), близкий родственник осьминога обыкновенного, никаким законодательством не защищен. Но на чем основывается такая избирательность? Между этими двумя видами осьминогов нет существенного анатомического различия, но, как ни парадоксально, одного закон защищает, а другого – нет. Очевидно, мы не можем определить четкие границы, позволяющие с уверенностью сказать, что одно животное способно к формированию внутреннего субъективного опыта, а другое – всего лишь штуковина с щупальцами.

А помните чемпионат мира по футболу 2010 года, благодаря которому прославился осьминог Пауль, по-видимому, настолько «сознательный», что мог предсказывать результаты предстоящих матчей? Тем не менее головоногие вроде Пауля в действительности никогда не были достаточно достоверно изучены в отношении их «интеллекта». Однако в экспериментах с памятью их используют с тех пор, как талантливый морской биолог Джон Закари Янг, работавший в Неаполе в 1920-е годы, обратил на них всеобщее внимание. Янг первым показал, что осьминоги действительно обладают впечатляющими когнитивными способностями: к примеру, они могут различать объекты на основании их размера, формы и цвета. Кроме того, осьминоги классифицируют объекты различной формы таким же образом, как это делают позвоночные, например крысы.

Совсем недавно осьминоги продемонстрировали свои навыки запоминания и способности к решению различных задач в ряде экспериментов: например, к нахождению пути к угощению через лабиринт из плексигласа и к извлечению предмета из прозрачной емкости с завинчивающейся крышкой. Головоногие демонстрируют впечатляющий поведенческий репертуар адаптаций, в то время как невероятные сообщения о явной обучаемости этих животных указывают на высокое развитие внимания и памяти. В экспериментах, где осьминог сталкивается с лабиринтом, содержащим препятствия, ученые зашли так далеко, что предложили осьминогу «рассмотреть» макет лабиринта перед его прохождением. Эти явно интеллектуально развитые головоногие могут даже решать задачи посредством наблюдательного обучения, что подразумевает реальные навыки запоминания.

Удивительные умственные способности этих беспозвоночных свидетельствует о том, что осьминоги в частности и головоногие в целом могут обладать сознанием наравне со многими позвоночными. Однако если это так, мы сталкиваемся с действительно интересной загадкой. Мозг осьминога не похож на мозг млекопитающих. Такие элементы, как кора и таламокортикальная петля, которые считаются столь важными для формирования сознания, у осьминога в какой-либо сопоставимой форме просто не существуют.

Мозг взрослого осьминога состоит из 1 70 миллионов клеток, большинство из которых является нейронами. Хотя это и может показаться впечатляющим, человеческий мозг может похвастаться по крайней мере 86 миллиардами. Тем не менее головоногие имеют хитроумно устроенные чувствительные рецепторы, сопоставимые по сложности с таковыми у некоторых позвоночных, например у птиц. Но хотя в мозге головоногого нет таламокортикальных петель, у него есть базовый аппарат нейронов и синапсов, а также нейротрансмиттеры, такие как дофамин, норадреналин и серотонин. Таким образом, пусть это еще не доказано экспериментально, мозг осьминога имеет все необходимое для создания нейронных ансамблей. Мы уже знаем, что должны мыслить широко и что области мозга, во всяком случае «ключевые», сами по себе никогда не смогут дать реального объяснения феномену сознания. Для нас это возможность доказать, что нейронные ансамбли оказываются более перспективной отправной точкой в поиске нейрональных коррелятов сознания: в конце концов, эти мезомасштабные процессы анатомически и физиологически менее специфичны. Кроме того, ансамбли гибки, непрерывно расширяются и уменьшаются (и, следовательно, имеют огромный потенциал для формирования различных градаций сознания) от момента к моменту, от одного этапа развития к следующему – и от одного вида к другому.

Вполне возможно, что «примитивные» животные, такие как осьминог, действительно обладают сознанием, но не настолько сознательны, как, например, крыса. И крыса обладает сознанием, но не настолько сознательна, как собака или кошка. И собаки и кошки сознательны, но не как приматы, – так же и плод может обладать сознанием, но не таким, как ребенок. И ребенок может быть сознательным, но не таким сознательным, как взрослый. Но где кроются важные эволюционные различия, определяющие глубину сознания? Возможно, как в случае с осьминогом, ключом является размер нейронных ансамблей. Давайте рассмотрим различные параметры, которые будут определять окончательную оценку глубины сознания – интенсивность ряби от брошенного в воду камня. Эта красивая метафора принесет нам практическую пользу – мы используем ее, чтобы сформировать представление о различных факторах, влияющих на конечный результат. Каждая новая рябь не похожа на предыдущую, потому что камни могут быть разными по размеру, может отличаться сила, с которой их бросают, – и эта аналогия идеальна, когда речь идет об изучении мозга. Теперь, когда мы определили, что будем искать, давайте, наконец, возьмемся за скальпель и исследуем, что есть «камень» и какой процесс является эквивалентом «броска».

 

Формирование ряби: размер камня и сила броска

Кем бы вы ни были, молодым или старым, человеком или другим животным, если вы не из камня, будильники всегда будут вас будить. Но почему? Почему необычно громкий звук всегда будет возвращать вас в сознание?

Будильник можно принять как эквивалент броска камня. Даже небольшой камень, если метнуть его с достаточной силой, может спровоцировать обширную рябь: звук будильника будет достаточно громким (эквивалент сильного замаха при броске), чтобы активировать через сенсорные пути слуховой центр мозга (эквивалент камня). Звук настолько силен, что будет охвачена еще более обширная зона, то есть ансамбль (рябь) будет увеличиваться в размерах. Любое животное с функционирующей слуховой системой, любого возраста и умственного развития, будет вырвано из сна в некое сознательное состояние. Возникающая при этом форма сознания – это еще одна проблема, но пока мы не будем ее касаться, пока важным для нас является сила броска и размер камня в качестве определяющих факторов конечной интенсивности ряби.

В то время как сила броска – громкость будильника – определяется внешними объективными факторами, размер камня будет зависеть от индивидуальных свойств мозга. Внутри любого вида (но особенно это заметно у наиболее высокоорганизованных животных, таких как мы) конфигурация и характер сопряжения групп нейронов могут иметь решающее значение для определения следующего важного вариабельного фактора: нейронального эквивалента размера камня. По мере развития нашего мозга нейронные связи формируются сообразно нашим впечатлениям о внешнем мире. Этот феномен, благодаря которому опыт почти буквально оставляет свой след в мозге, как мы узнали ранее, называется пластичностью.

В мозге всех видов мы найдем нейроны, которые активируются входящими сигналами различной интенсивности (это броски разной силы), но количество нейронов в группе (это размер камня) будет определяться в соответствии с конкретной конфигурацией и силой связи между нейронами. Это означает, что один и тот же звук или зрительный стимул одной и той же интенсивности будут вызывать разные эффекты в мозге разных животных, так как отличается размер камня. В свою очередь, конфигурация и сила нейронных связей будут за висеть от дополнительного, но крайне важного фактора – предшествующего взаимодействия со средой. Чем выше уровень организации вида, тем более выражена способность к формированию опыта, что делает восприятие одних и тех же стимулов в значительной степени индивидуальным. Итак, давайте еще раз представим, что камень брошен в воду, но теперь мы просто подбрасываем его, а не замахиваемся со всей силой – как в безжалостном примере с будильником. Обширная рябь может быть сгенерирована просто потому, что камень велик. Переводя на язык нейронауки, возбуждение постепенно распространяется через стабильные, прочные связи, обусловленные, в свою очередь, индивидуальным опытом и механизмами пластичности.

Эта закономерность также может иметь место, хотя и в меньшей степени, у других животных. Возьмем взрослых крыс. Популярным способом изучения этого эффекта в лаборатории является создание так называемой обогащенной среды. «Обогащение» для крысы не означает, что она будет есть экзотическую пищу или жить в золотой клетке. Термин «обогащение» относится к среде, которая максимально стимулирует мозг, поэтому если вы хотите дать максимальную стимуляцию для крысы, то вы должны убедиться, что она имеет возможности для взаимодействия с различными новыми объектами и явлениями (рис. 3).

Вопреки неприглядному образу, сложившемуся в нашей культуре, крысы на самом деле очень любопытные и умные существа, способные быстро адаптироваться к любой среде, где бы они ни находились. Соответственно, мозг будет отражать их образ жизни. Первая эмпирическая демонстрация такой зависимой от опыта пластичности в обогащенной среде была проведена в 1940-е годы. Дональд Хебб, с которым мы познакомились ранее, забрал нескольких крыс из лаборатории и позволил им опробовать новую интерактивную среду, очень отличавшуюся от обычных клеток. Через несколько недель, поведенных в доме Хебба, эти «свободные» крысы проявляли превосходную способность к решению различных задач по сравнению с их менее удачливыми собратьями, которые оставались в обычных клетках.

Однако физические изменения в нейронных сетях в результате стимуляции были достоверно и непосредственно продемонстрированы только несколько десятилетий спустя. Ученые намеревались выявить механизмы, лежащие в основе индивидуальных различий в поведении и решении задач на примере нескольких пород крыс, и в скором времени пришли к выводу об огромном влиянии опыта.

Нетрудно догадаться, что воздействие обогащения среды оказалось в центре внимания со стороны нейробиологов и психологов. Стало ясно, что оно оказывает влияние на широкий круг видов и на особей всех возрастов. В последние десятилетия исследования «обогащенных» животных показали явные анатомические изменения, и все из них можно отнести к положительным: как молодые, так и пожилые особи показывают высокие результаты в тестах пространственной памяти. Более того, даже короткий период пребывания в обогащенной среде сводит на нет дефицит памяти у взрослых генетически модифицированных мышей, выступающих в качестве модели при изучении болезни Альцгеймера. Кроме того, такая стимуляция индуцирует нейрогенез (формирование новых клеток головного мозга) и улучшает память.

Рис. 3. Типичная «обогащенная» среда для крыс (Devonshire, Dommett&Greenfield, неопубликованное)

Обогащение среды также может помочь замедлить или смягчить повреждение головного мозга в целом. Болезнь Хантингтона – наследственное расстройство, которое характеризуется прогрессирующей нейродегенерацией, и эффективного лечения этого заболевания на сегодняшний день не существует. Но не так давно были исследованы трансгенные мыши, которые демонстрируют нейродегенеративный синдром, характеризующийся прогрессирующими двигательными нарушениями, аналогичными тем, которые возникают у людей с болезнью Хантингтона. Однако пребывание этих мышей в обогащенной среде с раннего возраста помогает свести к минимуму разрушение мозговой ткани и задерживает начало двигательных расстройств, а также компенсирует повреждение головного мозга.

Решающим фактором здесь выступает продолжительность опыта. Было исследовано, как различные периоды пребывания в обогащенной среде влияют на поведение мышей, в частности на их подвижность. Сравнивались результаты после одной, четырех и восьми недель пребывания. Одна неделя не дала никакого видимого эффекта, но за четыре недели возникли поведенческие изменения, которые сохранялись на протяжении двух месяцев, а после восьми недель пребывания в обогащенной среде эффект сохранялся в течение шести месяцев.

Все эти исследования иллюстрируют значимость такого фактора, как взаимодействие животного, вне зависимости от вида и уровня организации, с определенной стимулирующей средой. Провоцируемые такой стимуляцией изменения были обнаружены у мышей, песчанок, белок, кошек, обезьян и даже у птиц, рыб, плодовых мух и пауков – словом, у каждого вида, который попадался под руку ученым. И фокус любопытнее всего направить на то, как конкретный мозг реагирует на подобные сценарии.

Всеохватывающая стимуляция заставляет клетки мозга работать более интенсивно, и они растут аналогично тому, как мышцы растут от тренировок. Однако клетки мозга реагируют на тренировки все же не в точности так, как мышцы. Подвергающиеся стимуляции нейроны формируют множество ветвей, известных как дендриты. У приматов, как и у мышей, окружающая среда вызывает интенсивные структурные и химические изменения, включая усиленный рост дендритов. А почему это так интересно и важно для нас? Потому что, благодаря ветвлению дендритного дерева, нейрон увеличивает площадь поверхности, а это означает, что он сможет формировать больше связей.

Совершенно очевидно, что подобные исследования неприменимы к нашему биологическому виду. Согласитесь, трудно представить себе такую же контролируемую среду для людей. Тем не менее, по мере того как эволюция совершенствует мозг, делая его все более изощренным, значение индивидуального опыта обретает все большее значение для формирования нейронных конфигураций в мозге, в конечном итоге дающих нам, людям, способность к уникальному восприятию мира. Мы знаем, что когда человеческий мозг растет в первые годы жизни, этот рост связан не с увеличением числа нейронов, а с их ветвлением.

В коре головного мозга человека количество синапсов (контактов между нейронами) быстро растет в период внутриутробного развития и продолжает расти в течение короткого периода после рождения. После этого количество синапсов медленно уменьшается за очень длительный период времени, начиная примерно с шести месяцев идо подросткового возраста и достигая стабильного уровня в зрелости. При сканировании мозга людей в возрасте от четырех до двадцати лет было замечено, что кора увеличилась в объеме до десяти-одиннадцати лет у мальчиков и восьми-девяти лет у девочек, затем постепенно уменьшалась в результате синаптического «сокращения». В связи с этим мозг затем становится не таким безоговорочно открытым для новой информации, но более приспособленным для удовлетворения фактических потребностей человека.

Существует два основных типа исследований с участием людей, раскрывающих поразительные способности мозга к пластичности. Первый тип – это изучение «снимков», подобно тому, что мы видели ранее на примере лондонских таксистов, где профессионалы и эксперты, занятые в течение длительного периода в определенном типе деятельности, показывают заметные различия по сравнению с людьми, не сталкивающимися с выбранным типом деятельности так часто. Возьмем теперь математиков: долгое время, которое они проводят за вычислениями и работой с формулами, вызывает увеличение плотности клеток в области коры (теменной доли), которая участвует в вычислительных операциях и визуальной обработке. Так же и у музыкантов мозговые структуры могут заметно различаться по сравнению с немузыкантами. Сканы мозга профессиональных клавишников, любителей и немузыкантов выявили увеличение объема серого вещества в моторных, слуховых и зрительных центрах мозга. Более того, существует выраженная взаимосвязь между развитием соответствующих центров и интенсивностью практических занятий, из чего вытекает предположение, что эти анатомические изменения связаны с процессом самообучения, а не с врожденной предрасположенностью к музыке.

Интенсивные занятия фортепиано, в частности, оказывают определенные эффекты в отдельных областях мозга и влияют на развитие нейронных связей (белое вещество) у людей всех возрастов – детей, подростков и взрослых. Как и следовало ожидать, имеющий наибольший потенциал к развитию детский мозг демонстрирует наивысший уровень пластичности. Совершенно очевидно, что определенные временные окна («критические периоды») играют роль в региональной пластичности некоторых областей центральной нервной системы.

Учитывая широкое разнообразие навыков, таких как вождение такси, игра на музыкальных инструментах и математические изыскания, не кажется удивительным, что и другие, совершенно разнообразные виды деятельности также могут оставить свой след в мозге. Возьмем игру в гольф: в одном обзоре сканов мозга опытных и менее квалифицированных игроков в гольф, а также людей, никогда в него не игравших, значительные изменения в структуре серого вещества были обнаружены только у опытных игроков. У баскетболистов тоже обнаруживаются признаки пластичности, коррелирующей с опытом, но на этот раз в области, известной как «автопилот» головного мозга – мозжечке, который отвечает за координацию сенсорно-моторных взаимодействий. И наиболее заметные изменения были выявлены лишь у профессиональных баскетболистов.

А есть и другой подход к исследованию пластичности. Вместо того чтобы сравнивать сканы мозга экспертов и простых смертных, можно заняться протяженным во времени изучением одного и того же мозга. Такой эксперимент осуществляется с несколькими повторами в течение длительного периода времени, чтобы можно было наблюдать динамику. На сей раз участниками стали обычные люди без особых навыков в рассматриваемой области, но в ходе эксперимента они получали определенные знания и опыт. Так, оказалось, что изучение языка стимулирует пластичность, повышает плотность серого вещества мозга. Наблюдаемые изменения соответствуют уровню языковых навыков. Это еще раз доказывает, что любой процесс обучения отражается на структуре мозга.

Но не только практическое обучение и физическая активность могут оказывать влияние на нейронные связи. Одно из самых интригующих исследований заключалось в том, что в течение всего пяти дней испытуемые по два часа разучивали простые упражнения для одной руки на пианино. Однако сканирование мозга показало, что области коры, ответственные за соответствующие мышцы рук, стали развиваться, а порог их активации снизился. Эти результаты аналогичны результатам исследования, о котором говорилось ранее, но они позволяют нам продвинуться еще дальше. Самое удивительное, что такие изменения в мозге наблюдались даже при «воображаемой» практике, когда другой группе испытуемых было предложено лишь представить, что они играют на пианино, фактически не делая этого. Этот эксперимент свидетельствует о том, что не имеет смысла противопоставлять ментальное физическому. Подобная классическая дихотомия больше не работает и не поможет нам найти ответы на вопросы, касающиеся разума и сознания.

Другая важная находка этого исследования заключается в следующем: для мозга важно то, что имеет значение для пластичности, а не фактическое сокращение мышцы, ведь именно мысль предшествует действию. Высказывание, что мышление – это движение, ограниченное мозгом, оказывается поразительно точным.

Мы можем извлечь много полезного из всех этих исследований пластичности, но, пожалуй, наиболее значимый вывод заключается в том, что и умственная и физическая активность оставляют свой след в мозге и что пластичность не является исключительной привилегией какого-то одного набора нейронов, но кажется неким общим свойством, присущим мозгу в целом. В большей или меньшей степени любой мозг, даже мозг морского слизня, способен к адаптации на основе опыта, но наш биологический вид в этом вопросе превосходит любой другой. Тесная взаимозависимость природных задатков и культуры накладывает на человеческий мозг уникальный отпечаток, обусловливая огромный потенциал к возникновению совершенно различных способностей.

По мере развития растет наша склонность к тому или иному познавательному опыту, выходящая за пределы номинальных обыденных потребностей. И тогда мы освобождаемся от «сырого» чувственного восприятия, чтобы развить более значимое индивидуальное восприятие мира. Но как это происходит?

 

Развитие разума

По словам Уильяма Джеймса, которого принято считать отцом американской психологии, вы родились с ощущением «пестрой, гудящей путаницы» вокруг. Но постепенно, по мере того как недели превращаются в месяцы, прежние абстрактные цвета, формы, текстуры и запахи сливаются во что-то, что оказывается, скажем, лицом вашей матери. Поскольку мама снова и снова фигурирует в вашей жизни, она становится значимой для вас, и ваш мозг формирует все больше ассоциаций. Мозг создает уникальные конфигурации нейронных связей, и образ матери становится совершенно уникальным. Именно эти персонализированные связи позволяют абстрагироваться от напора первичных ощущений, и вы получаете возможность воспринимать явления буквально за пределами их номинального значения. Теперь входящие стимулы – человек, объект, событие – будут «что-то» означать. Вы будете оценивать их с точки зрения существующей нейронной связи, и в то же время сам опыт такого взаимодействия еще раз обновит статус этих нейронных соединений.

Обручальное кольцо, возможно, первоначально могло бы представлять интерес для маленького ребенка просто из-за сенсорных свойств – блеска, гладкости, округлости, звонкости. Но по мере того как устанавливаются ассоциации, связанные с кольцом, этот предмет будет обретать иной смысл – сначала как объект, обладающий определенным набором характеристик, относящихся к некоей категории предметов, и лишь потом будет осознано его символическое значение. В конце концов, если вы приобретете собственное обручальное кольцо, этот конкретный объект будет иметь для вас значение, выходящее за пределы его финансовой ценности, такое, которым не обладает никакое другое, даже очень похожее кольцо, и все это благодаря персонализированному опыту, обусловленному уникальными, неповторимыми нейронными соединениями в вашем мозге. Эти связи не имеют ничего общего с реальными свойствами физического объекта, но для вас они придают этому конкретному кольцу глубокое, «особое» значение.

«Нейрон Холли Бэрри», с которым мы столкнулись ранее, может быть активирован невизуальными, чисто когнитивными ассоциациями с актрисой. Ваш мозг уникален, потому уникальны нейронные соединения, отражающие ваш индивидуальный опыт. Таким образом, то, что вы испытали, определяет то, как вы будете видеть мир в дальнейшем. Происходит постоянное взаимодействие между тем, как вы оцениваете окружающую среду с точки зрения существующих сетей, в то время как текущий опыт будет непрерывно совершенствовать нейронные связи.

Фактический нейронный механизм, лежащий в основе этих связей, – феномен, известный как «долгосрочная потенциация» (LTP) и «долгосрочная депрессия» (LTD). Однако каскад биохимических реакций, лежащих в основе этих процессов, слишком медленный, и эффект слишком длительный и локальный, чтобы обусловливать момент сознания.

Однако «разум» не является синонимом сознания, как мы определили в главе 1, – эти два явления могут быть отделены друг от друга, могут существовать одно без другого. Но чаще всего для повседневного субъективного опыта взрослого человека разум, хоть он и не приравнивается к сознанию, будет играть важную роль: размер камня станет важным фактором в определении площади распространения ряби – моментального проявления сознания.

Подводя итог: сочетание силы броска, а именно степени активации (в терминах феноменологии – первичной сенсорной стимуляции), и размера камня, то есть силы нейронных связей (в терминах феноменологии – индивидуальной значимости), определяет конечный эффект броска камня, то есть интенсивность ряби (размер нейронного ансамбля), задавая глубину сознания в конкретный момент. Эта схема показана на рисунке 4, где проиллюстрирована связь отдельных компонентов физического мозга, разума и сознания с нейронными ансамблями в качестве ключевого процесса.

Рис. 4. «Разум», «мозг» и «сознание». «Разум» – персонализация мозга через адаптивную пластичность локальных длительных связей между клетками мозга (см. «Мозг»), которые могут быть выражены в терминах феноменологии, связанных с фактами, событиями и людьми. Однако в мозге соответствующие «жестко соединенные» зоны в активированном состоянии могут запускать гораздо более обширный ансамбль, параметры которого будут коррелировать с сознанием разной глубины (см. «Сознание»). В свою очередь, глубина сознания будет связана с соответствующими вкладами внешних сенсорных и усвоенных когнитивных стимулов. Самое базовое сознание, присущее младенцам и животным, будет сенсорным, а самые сложные его формы – исключительно внутренне управляемые когнитивные состояния – будут проявляться в специфическом человеческом поведении, например при медитации

 

От разума к сознанию

Теперь мы сталкиваемся с фундаментальным вопросом: каким образом этот метафорический камень, который только что был брошен, выборочно затрагивает обычно неактивные области, чтобы генерировать гораздо более обширный, пусть и временный, ансамбль? Причина чрезвычайной сложности этого вопроса заключается в том, что теперь нам необходимо отступить в сторону от знакомых нам механизмов пластичности и увидеть, как должна распространяться наша метафорическая рябь, чтобы коррелировать с разной глубиной сознания.

Ответ заключается в эффектах мощных модулирующих химических веществ, воздействующих на определенные клетки мозга в соответствии с различными уровнями возбуждения. Они модулируют реакцию окружающих клеток на возбуждающий сигнал, определяя их участие в ответной реакции (создавая рябь). В свою очередь, то, с какой легкостью те или иные клетки временно «завербовываются» для совместной работы, будет зависеть от типа воздействующих в данный момент химических веществ и преобладающего уровня возбуждения: это еще один фактор в формировании нейронных ансамблей. Переменная доступность этих модуляторов будет аналогична варьированию глубины и чистоты лужи, которая, будучи грязной и заросшей водорослями, окажется менее эффективной средой для распространения ряби, чем если бы это была свежая дождевая вода.

Таким образом, глубина сознания в любой момент будет продуктом: 1) внешней сенсорной активации (силы броска); 2) индивидуальной значимости (размера камня), что, в свою очередь, выражается в длительности прочной связи между нейронами, а также 3) общих уровней возбуждения, обусловленных воздействием модуляторов. Если это действительно так, то, изменяя значения этих параметров, можно наблюдать за изменениями в сознании.

Возьмем сценарий, в котором камень окажется относительно небольшим по размеру. Как и в случае с будильником, внешней сенсорной стимуляции должно быть достаточно, чтобы активировать ансамбль, хотя и относительно небольшой. Представьте себе, например, что вы танцуете в клубе на Ибице, вас обволакивает навязчивый ритм музыки и фантасмагорические вспышки света. Ваш тщательно отобранный индивидуальный опыт оказывается ни актуальным, ни необходимым. Вы как бы «растворяетесь» в музыке и свете. Другой способ отключить свои нейронные связи – прибегнуть к психоактивным веществам, которые снижают эффективность синаптической передачи.

Для многих быстрый путь к удовольствию – это алкоголь, при употреблении которого так же уменьшаются размеры нейронных ансамблей. Алкоголь жирорастворим, а это означает, что он легко преодолевает гематоэнцефалический барьер, отделяющий мозг от общей циркуляции жидкостей, и быстро проникает в мозг, что влияет на выработку гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). ГАМК будет инициировать приток в нейроны отрицательно заряженных ионов хлора, делая внутреннюю поверхность клеточных мембран соответственно более отрицательно заряженной (гиперполяризованной): это означает, что снижается способность клеток генерировать потенциалы действия.

Третий вариант – это такой «сенсационный» опыт, когда внешние стимулы наводняют ваш мозг. Для этого подойдет серфинг, прыжок с парашютом, спуск на горных лыжах и т. п. Стимуляция может быть чрезвычайно яркой, неестественно шумной, события будут быстро сменять друг друга, что спровоцирует залп конкурирующих ансамблей, которые окажутся недостаточно обширными и стабильными, чтобы их можно было успешно обработать.

Многие занятия, связанные со скоростью, ритмом и т. п., кажутся нам приятными. Возможно, мы могли бы развить эту мысль, взглянув на химический ландшафт мозга и начав с известного передатчика – дофамина. Дофамин прежде фигурировал только как часть общего химического каскада реакций в мозге, где он тесно связан с другими передатчиками (норадреналином и серотонином), но теперь стоит уделить ему больше внимания.

Высвобождение дофамина в мозге принято связывать с ощущением удовольствия, с тех пор как проведенные в 1950-е годы эксперименты показали, что крысы, в чей мозг были имплантированы электроды в тех участках, где дофамин выделяется в больших объемах, стремились к получению электрической стимуляции. Кроме того, все рекреационные наркотики имеют общий принцип действия: они вызывают высвобождение дофамина. Повышение уровня дофамина связано с повышенным возбуждением: достаточно вспомнить интенсивный стимулирующий эффект амфетамина.

Итак, если дофамин связан с ощущением удовольствия и если малый размер нейронных ансамблей так же является характерной чертой приятного опыта, то можно предположить, что дофамин уменьшает размер ансамблей. Собственно, именно это и показали некоторые наши эксперименты. Апоморфин, препарат, который действует как аналог дофамина, оказывает явное влияние (рис. 5) как на размер, так и на длительность активности в коре головного мозга крысы.

Но высокий уровень дофамина не всегда является предвестником удовольствия: он также может играть роль в переживании страха. Возьмите шизофрению – сложное психическое расстройство, для которого характерен повышенный уровень дофамина. Никто не утверждает, что шизофрения – это весело. Но согласитесь, дикая и странноватая радость может сопутствовать страху: игра в «ку-ку» может напугать малыша, а сильный испуг даже у взрослого способен вызвать приступ смеха. Но как могут такие полярные противоположности так легко перетекать друг в друга?

Рис. 5. Нейронный ансамбль, сгенерированный в срезе участка коры мозга крысы, и его изменения во времени. Обратите внимание на снижение интенсивности, а также на значительно более короткую продолжительность активности после применения апоморфина (внизу) (Badin&Greenfield, неопубликованное)

Возможно, удовольствие превращается в страх, когда мы не знаем, что будет дальше. Этот переход от удовольствия к страху может фактически сводиться к колебаниям уровней дофамина, приводящим к противоположным эффектам, определяющим участие тех или иных нейронов в потенциальном ансамбле.

Однако удовольствие и его корреляция с размерами ансамблей едва ли могут зависеть исключительно от уровня одного лишь дофамина. Мы видели ранее, что анестезирующие средства также уменьшают размеры ансамблей, и их действие – это поэтапный процесс, один из которых – бред, наступающий, когда анестезия отчасти вступает в силу и размеры ансамблей уже уменьшаются. Анестетики в дозах, слишком низких для достижения полной потери сознания, традиционно использовались для получения удовольствия. Раньше такой анестетик, как диэтиловый эфир, массово применяли те, кто никоим образом не стремился к потере сознания. Аналогичным образом, закись азота использовалась в качестве рекреационного наркотика на вечеринках девятнадцатого века. Некоторые участники становились мечтательными и умиротворенными, в то время как у других возникали приступы смеха и эйфория. Теперь закись азота снова возвращается в Великобританию в качестве рекреационного наркотика, не включенного в перечень запрещенных веществ. Как правило, этот газ вдыхают порционно из черных воздушных шаров. По понятным причинам это вызывает беспокойство властей.

Наверное, вы не раз слышали об эндорфинах. Эти природные опиаты оказывают эффект ингибирования активности нейронов и, следовательно, так же уменьшают размер нейронных ансамблей. Оказывается, что даже быстрая ходьба может стимулировать нейрогенез, в результате чего стволовые клетки – универсальные заготовки, способные превращаться в разнообразные типы клеток, начинают трансформироваться в нейроны и стимулировать выделение химических веществ, способствующих росту клеток. И это еще не все. В то время как энергичная физическая активность увеличивает производство клеток мозга, дополнительная стимуляция обогащенной среды повышает стабильность нейронных связей.

Как мы видели, окружающая среда способна влиять на мышление. Представим теперь, что может происходить обратное, и процесс мышления окажет влияние на сам физический мозг. Вспомните, как воображаемая игра на фортепиано отразилась на результатах сканирования мозга. Подобные результаты можно увидеть в эксперименте Фреда Гейджа, профессора лаборатории генетики калифорнийского Института Солка. Но помимо прочего Гейдж доказал, что для достижения этого эффекта упражнения должны быть добровольными. Крысы должны активно интересоваться игрой.

Интересно, что только когда крысы занимаются добровольной физической активностью, вступают в силу важные физиологические факторы: главный из них – отсутствие стресса, что обеспечивает низкий уровень связанных с ним гормонов, в частности кортизола. Исследования доказывают, что регулярное добровольное упражнение предотвращает связанные со стрессом заболевания и улучшает познавательную функцию у мышей. Хотя мы все еще не можем отследить, как именно отсутствие одного набора химических веществ приводит к состоянию, благоприятному для нейрогенеза. Тем не менее еще одна, действительно увлекательная подсказка заключается в том, что процесс сопровождается определенным паттерном волн – тета-ритмом, который также возникает у человека в моменты концентрации внимания.

Но мы слишком углубились в тонкие материи. Давайте посмотрим на проблему немного под другим углом. На этот раз мы не будем думать о сознании как о механизме адаптации, а сосредоточимся на самих нейронных ансамблях. Охватывая множество связей и настраивая их для согласованной работы, они приводят к широкомасштабной активации, что является одной из их определяющих особенностей. Это, в свою очередь, позволяет значительно повысить адаптивные возможности мозга, а не только лишь сгенерировать небольшой локальный ответ, который возник бы и при отсутствии крупных ансамблей. И будь это так, это означало бы следующее: если нейронные ансамбли действительно коррелируют с сознанием, то, обладая сознанием, мозг становится гораздо более адаптированным к окружающей среде. И это будет означать, что животные, обладающие наиболее глубоким сознанием, имеют наибольшие перспективы в плане выживания. Это интуитивно понятно: просто взгляните на нас, людей, на то, как мы адаптируемся и меняем среду вокруг себя сообразно своим потребностям, обладая, безусловно, самым глубоким сознанием среди всех видов.

 

Упражнение, удовольствие, нейрогенез и ансамбли

Может ли существование нейронных ансамблей в мозге помочь нам понять связь между пластичностью, нейрогенезом, физическими упражнениями и самым таинственным явлением кажущейся первичности мысли как фактора, инициирующего изменения в мозге? Чтобы изучить этот вопрос, рассмотрим два возможных сценария, каждый из которых связан с энергичным движением, но будет характеризоваться разными размерами нейронных ансамблей.

Первый сценарий берет начало извне. Громкая музыка, крутой горнолыжный спуск или накрывающая с головой морская волна – все это приводит к сильному возбуждению, характеризующемуся мощным выбросом дофамина и последующему высвобождению эндорфинов. Эти процессы направлены на уменьшение размеров нейронных ансамблей, что, в свою очередь, феноменологически коррелирует с опытом наслаждения жизнью здесь и сейчас. Чем мощнее и стремительнее «сенсационная» стимуляция извне и чем меньше ансамбль, тем более пассивным будет сознание, и реакция в некоторых случаях будет граничить со страхом.

Теперь черед второго, альтернативного сценария. У него когнитивное начало – изнутри. У вас была определенная мысль – например, было принято сознательное решение бегать трусцой. Это добровольное решение, как мы только что видели, обеспечит ключевые условия для нейрогенеза. Чем больше у вас нейронов, тем больше возможностей для разнообразных соединений между ними, а чем больше соединений, тем больше потенциал для пластичности. Мы также видели, что такая же стимулирующая, «обогащенная» среда, которая повышает пластичность, также приведет к формированию более крупных ансамблей и, следовательно, к углублению сознания. Но будет иметь место и обратное: большой нейронный ансамбль, в свою очередь, будет способствовать более детальному формированию локальной синаптической пластичности, и это займет значительно больше времени, чем формирование самого ансамбля.

Если ансамбли действительно являются нейрональным коррелятом сознания – если одно не может существовать без другого, – становится понятно, почему сознательная мысль необходима для стимуляции нейрогенеза и почему воображаемая игра на фортепиано может привести к повышению пластичности, которое наблюдалось в экспериментах. Со временем это дает значительный потенциал для увеличения размера аллегорических «камней» и, следовательно, к большей глубине сознания. При этом модулирующие химические вещества играют меньшую роль, а диалог с внешним миром, как в экспериментах с игрой на фортепиано, в большей степени завязан на внутренних процессах мозга, нежели на внешних триггерах окружающей среды.

Глубокая мысль и рефлексия, вызванная, скажем, бегом, может стать нейрофизиологической основой популярного в настоящее время феномена «осознанности». Осознанность определяется как «психическое состояние, достигнутое путем сосредоточения осознания на текущем моменте, в то же время принятие своих чувств, мыслей и телесных ощущений». Помните, в начале вашей прогулки сегодня утром мы увидели, что одним из ощутимых эффектов городской среды является то, что она заставляет вас реагировать на внешние факторы, рассеивая ваше внимание, в то время как природная среда дает возможность проявлять большую активность, сосредоточиваясь на добровольных, осознанных действиях и мыслях?

Так и сейчас – ненавязчивая прогулка с Бобо позволила вашим внутренним мыслительным процессам идти своим чередом. Замечание Эда Стауртона о том, что прогулка с собакой – это бегство от обыденности, вполне может оказаться слишком верным. Обычная жизнь сейчас, к сожалению, настигает вас. Вы опаздываете в офис, и у вас остается время только для спешного завтрака.