Необычные факты о человеческом мозге. Рассказывает нейробиолог

Опубликовано: Вторник, 23 июля 2019 11:35
Ольга Дидок Автор статьи:

Андрей Чернинский посвятил жизнь изучению человеческого мозга. В числе его научных интересов – связь электрической активности мозга и поведения. #Буквы поговорили с украинским ученым о механизмах принятия решений, гениальности, манипуляциях, мифах, отличиях женского и мужского мозга и самых интересных аспектах современной нейронауки.

- Какие проблемы в изучении мозга – terra incognita на сегодняшний день? Чего современной науке не хватает, чтобы дать ответы на эти вопросы?

- Мозг человека — это самый сложный биологический объект, потому полная расшифровка механизмов его работы – пока вопрос далекого будущего. Вычленить какую-то главную "тайну мозга" как любят писать многие новостные сайты, я не могу. Понимание работы этого органа важно в теоретическом плане, поскольку дает ответы на извечные вопросы: кто мы, откуда берется наша индивидуальность, что есть наша психика? Кроме этого, есть и сугубо практический аспект — лечение неврологических и психиатрических болезней.

На данный момент в мире есть две глобальные программы, направленные на изучение мозга. Human Brain Project финансируется Евросоюзом, в его выполнении задействованы сотни ученых из 135 институтов 26 стран. Аналогичный проект Brain Initiative осуществляется в США. Кроме непосредственного получения новых данных про структуру и работу мозга, в качестве результата ожидается разработка новых методов анализа, хранения и обработки больших объемов информации. Никто пока не может предсказать, какие последствия будут иметь данные "нейропроекты". К примеру, разработанная в 1991 году технология обмена данными для нужд Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) привела к формированию World Wide Web — знакомого нам Интернета. Возможно, мы не построим точную математическую модель мозга и, скорее всего, не изобретем лекарств от всех болезней, но получим нечто, что выведет человечество на новый уровень.

- Какие методы применяются при исследовании функций мозга?

- У современной нейронауки громадный арсенал. Наверное, одним из самых ранних методов изучения функционирования мозга является электроэнцефалография — регистрация электрических потенциалов, вырабатываемых нервной тканью. Примечательно, что первую в мире электроэнцефалограмму записал в Киевском университете Владимир Правдич-Неминский более ста лет назад, его фамилия есть во всех учебниках по электрофизиологии.

ЭЭГ позволяет диагностировать некоторые нарушения работы мозга, например, эпилепсию. Модификация ЭЭГ — регистрация вызванных потенциалов — позволяет оценивать реакции мозга на разные стимулы.

В маркетинговых исследованиях эти методы могут объединяться с мониторингом движения глаз – eye tracking – для анализа точек фиксации взгляда (например, на ключевых компонентах рекламного постера).

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Большинство людей не осознают, что происходит: речь израильского историка в Давосе

Успехи физической науки дали нейробиологам томографы — приборы, которые с высокой точностью могут определять строение мозга, а также степень активации его структур при выполнении различного рода заданий. Также есть масса методик оценки работы сенсорных органов и обработки мозгом полученной информации, психологических тестов.

Деятельность нервной системы изучается не только на людях. Использование животных моделей дает исследователям еще больший арсенал. Конечно, структура мозга крыс или мышей гораздо проще нашей, равно как и поведенческий репертуар, но зато ученые могут применять методы генной модификации, выделять и тестировать отдельные клетки, проводить биохимический анализ. Также использование лабораторных животных является необходимым этапом разработки новых лекарств, в том числе и для лечения болезней нервной системы.

05

- Можно ли с помощью доступных сегодня науке исследований посмотреть на мозг ребенка и понять, что перед вами – будущий Менделеев? Как считаете, гениями рождаются или становятся? Какие свойства мозга заложены генетически, а какие – приобретаются?

- Нет, безусловно, настолько просто не бывает. Мозг — это очень сложная штука, которая формируется не только во время внутриутробного развития, но и продолжает активно меняться всю жизнь. Пластичность нервной системы является одним из фундаментальных ее свойств. В наиболее очевидном проявлении – это наша способность к обучению и запоминанию. Безусловно, в какой-то мере она определена генетически. По поводу гениальности вопрос сложный по двум причинам. Во-первых, ее трудно измерить, четко указать, где граница между "еще очень талантливый" и "уже гениальный". А во-вторых, гении – штучный продукт, в то время как наука работает на основе статистики. Потому проще говорить об интеллекте, который присущ всем людям в той или иной мере. Его тоже сложно измерить, но в этом случае есть накопленный багаж методик. А если можно количественно измерить, можно и оценить, насколько он определяется врожденными, генетическими факторами, а насколько – факторами среды.

Исследований на эту тему проводилось много. Безусловно, не существует какого-либо одного или нескольких "генов интеллекта" Но есть гены, которые важны для правильного развития нервной системы, а потому индивидуальные различия в их строении связаны с уровнем интеллекта. Каждый из таких генов вносит небольшой вклад, это приводит к тому, что вместе они определяют более 50% этого показателя. Некоторые исследования называют даже 80% и выше. Ситуацию усложняет отсутствие единого "интеллекта", а разные его компоненты – пространственный, вербальный, эмоциональный – могут иметь разную степень наследования.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Скандал в науке: как генетически модифицированные дети взбудоражили мир

Интересно, что влияние наследственных факторов на когнитивные способности в детстве существенно ниже, чем у взрослых (называют оценки меньше 20%). Этот факт пока не имеет строгого объяснения. Возможной причиной может быть то, что по мере взросления мы стараемся создать для себя условия, в которых наши врожденные способности проявляются максимальным образом. К примеру, кто-то предпочитает проводить время, читая книги в тишине, а кто-то — с друзьями и громкой музыкой. Потому формирование наших способностей всегда обусловлено взаимодействием генов и среды.

Возвращаясь к вопросу о гениях, безусловно, способа каким-то образом просканировать мозг и определить гениальность не существует. Когда-то ученые проанализировали под микроскопом мозг Альберта Эйнштейна, и они не нашли никаких выдающихся особенностей его структуры, то есть говорить о каких-то специфических зонах, отвечающих за гениальность, не приходится. Правда, было выяснено, что в его мозге существенно увеличено количество глиальных клеток, которые выполняют важные вспомогательные функции, помогая нейронам — главным нервным клеткам — правильно работать. Но, понятно, что микроскопия мозга — это не самый удачный способ определения гениальности человека.

- Как происходит процес принятия решений? Правдиво ли суждение, что на самом деле человек ничего не решает – за него все уже "решил мозг"? Кто кем, в конце концов, управляет – мозг нами или мы мозгом?

- Ну, мне несколько сложно представить, что такое человек без мозга. Этот орган является единственным источником всех присущих нам психических явлений и формирования поведения. Потому, безусловно, принятие решений — это внутренние мозговые процессы. Другое дело, насколько к этому процессу имеет доступ наше сознание, внутреннее "я", которое, вроде как, является рациональным и логичным. И тут оказывается, что далеко не всегда мы принимаем решения именно рационально. За примерами далеко ходить не нужно, достаточно оглянуться на происходящее в стране.

Главная часть нашего мозга, которая осуществляет процесс принятия решений и формирования программы поведения, – это префронтальная кора – часть лобной доли, самая передняя часть нашего мозга. Именно тут происходит оценка происходящего с нашим организмом и вокруг, оцениваются вероятности получить что-то позитивное или наоборот. Но решения префронтальной коры зависят от той информации, которую она получает от других структур. Наиболее интересными и важными являются те, которые регулируют эмоции. Считается, что эмоциональное реагирование является противоположным рациональному, основанному на логике. Но оказывается, что если с работоспособностью эмоциональных структур проблемы (вследствие генетических патологий или травм), то человеку становится сложно принять элементарные повседневные решения, над которыми мы даже не задумываемся. Например, надеть сегодня синюю рубашку или красную футболку.

- Поговорим о мозге и сне. Все знают состояние, когда ночью не спал – и ум, и физическая активность ухудшаются. Но часто мозг и нервная система становятся причиной бессонницы. Что нового о сне говорит наука? Возможно, в будущем люди смогут избавиться от сомнологических проблем?

- Сон — это очень интересный процесс и научная проблема. Такое состояние характерно не только для человека, и даже не только для млекопитающих. Более того, у животных также выделяют два главных состояния — быстрый сон (когда мы видим сновидения) и медленный сон. Мы знаем, что во время сна мозг не отдыхает — он переходит в другой режим работы, а уровень потребления энергии остается практически на уровне бодрствования. В это время глимфатическая система — особенная структура, недавно открытая в составе головного мозга, занимается очисткой нервной ткани от накопленных за период бодрствования метаболитов. Это происходит преимущественно в период медленного сна. Во время быстрого сна происходит "освоение" накопленного опыта, формирование долговременной памяти и другие важные процессы. Потому понятно, что сон — это абсолютно жизненно необходимый процесс. Человек, искусственно лишенный сна или даже только фазы быстрого сна, через некоторое время гибнет от нервного истощения.

Нарушения сна, нередкие в наше время, влекут за собой негативные изменения в функционировании нервной системы и, как следствие, других органов. Причины сомнологических проблем могут быть различными — от врожденных, генетических, до воздействия инфекций или психологических проблем. Например, мои коллеги в нашей совместной публикации показали, что вирус гриппа H1N1 ("свиной грипп") может вызывать нарушения в функционировании некоторых сомногенных структур, что влечет за собой нарушения структуры сна – когда фаза быстрого сна развивается "не вовремя" и может проявляться в нарколепсии – внезапной непреодолимой сонливости в течение цикла бодрствования. Казалось бы, где грипп, который является респираторной инфекцией, а где мозг и сон…

По поводу избавления от сомнологических, равно как и иных неврологических, проблем в будущем — безусловно, это магистральное направление исследований в области нейронауки. Эта область дает много данных для понимания механизмов работы нервной системы, возникновения патологий, их профилактики и лечения.

- Какие манипулятивные технологии рекламных кампаний могут воздействовать на человека в обход его сознания? Приведите, пожалуйста, примеры.

- Часто применяется воздействие на эмоциогенные центры. Это касается не только рекламы. В последнее время достаточно детально проанализированы особенности недавних избирательных кампаний, информационной войны и т. п.

Если же говорить конкретно о рекламе, то наиболее известным, вероятно, является эффект "25 кадра". К сожалению или нет, это не более чем миф. Более обоснованные методы влияния на покупателей называются нейромаркетингом. Основа систем обработки мозгом информации формировалась в процессе эволюции и адаптировала предков современного человека к тогдашним условиям существования. Среда современного человека не очень на них похожа, а потому наши аналитические центры могут обманываться. Всем известны зрительные иллюзии — когда мозг встречает нетипичную картинку, он пытается приспособить ее к тем правилам, с которыми он до сих пор встречался.

Подобного рода "лазейки" есть и в системе принятия решений. Они известны как когнитивные искажения. К примеру, ученые установили, что вероятность потери имеет большее влияние на принятие решений, нежели вероятность получения эквивалентной в денежном выражении прибыли. Маркетологи используют эту особенность работы нашего мозга, предлагая потенциальным покупателям услугу или товар на пробный период бесплатно. В ситуации, когда клиенту товар хоть как-то нравится, отказаться от него стоит усилий. На многих сайтах во время распродаж и акций установлены счетчики обратного времени или же сообщается, что какие-то позиции уже раскуплены. Это создает иллюзию вероятности потери и мотивацию ее избежать – купив товар.

Нужно понимать, что волшебных способов заставить любого человека купить ненужную вещь или услугу не существует. "Нейрометоды" лишь несколько влияют на вероятность принятия людьми нужных решений. Но в масштабах объемов продаж крупных брендов это серьезные деньги.

03

Андрей Чернинский, кандидат биологических наук, старший исследователь, старший научный сотрудник Института физиологии им. А. А. Богомольца НАН Украины. Работал в КНУ, Университете Цюриха, Институте геронтологии НАМН Украины.

- На основании каких метрик нейробиолог может отличить: мозг мужчины или женщины ему представлен? Как отличается мозг представителей разных полов?

- Вряд ли это возможно. В отличие от других органов, мозг мужчин и мозг женщин морфологически одинаковы. Имеется в виду, что состоят из тех же частей, то есть нет специфических мужских или женских мозговых структур. Тем не менее, определенная гендерная разница в анатомии мозга есть. В среднем объем мозга женщин меньше, чем мужчин, как и размеры тела. Но корреляций объема мозга со значимыми показателями его работы, такими как, например, интеллект, не обнаружено.

Ранее были очень популярны сведения о разнице в строении мужского и женского мозга. В частности, сообщалось, что у мужчин больший объем миндалевидного тела – одной из ключевых эмоциогенных структур, а у женщин — гиппокампа, отвечающего за память. В более свежих публикациях говорится, что и указанные, и другие различия переоценены. В любом случае, даже если такие различия и есть, они статистические и касаются сравнения больших групп. Результаты измерения одного мозга не могут дать достоверной информации про пол его владельца или владелицы.

- Как поддерживать свой мозг "в форме" – читать, общаться, путешествовать, что еще?

- Я не сторонник давать специфические рекомендации для какого-либо органа, наш организм работает как единое целое. Здоровый образ жизни, о котором сейчас пишут даже в школьных учебниках, должен поддерживать его оптимальное функционирование. Но можно выделить ключевые компоненты. Это рациональное питание, достаточный уровень физической активности. При этом не обязательно заниматься профессиональным спортом, достаточно ежедневных движений – нужно выполнять определенный минимум, условные 10 000 шагов.

Важен здоровый и достаточный по длительности сон — напряженный ритм современной жизни, к сожалению, редко дает такую возможность, но нужно стараться хотя бы не осложнять этот процесс вечерним использованием гаджетов с ярким экраном, чрезмерным волнением. И конечно, отказаться от курения и злоупотребления алкоголем. Более специфические для мозга рекомендации – это перечисленные элементы саморазвития — чтение, различные хобби. Это актуально и для молодежи, чей мозг только формируется, и для пожилых людей — условное сидение перед телевизором после выхода на пенсию не является оптимальным времяпрепровождением, показано, что развитие новых навыков помогает сохранить работу мозга на высоком уровне долгие годы. И напоследок – элемент ЗОЖ, о котором в школьных учебниках не пишут, но он не менее важный для полноценной жизни — секс.

- Существует миф, что сладкое (как правило, быстрые углеводы) улучшает работу мозга. Что скажете по этому поводу?

- Дело в том, что головной мозг потребляет очень много энергии — порядка 20% от общего количества, при том, что его масса составляет порядка 5%. Другой особенностью работы нервных клеток является отсутствие внутренних запасов энергетических веществ, потому они должны постоянно получать их из крови. Основным источником энергии для нейронов является расщепление глюкозы. Потому в моменты, когда нам нужен мозг "на полную", съесть сладкий батончик или конфету будет хорошей идеей. Но это совершенно не означает, что, съедая по торту в день, мы будет поддерживать наш мозг в тонусе. Наоборот, это будет иметь негативные последствия на состояние здоровья, а значит, и мозга. Дополнительная энергия в виде "быстрых" углеводов нужна лишь тогда, когда организм ее быстро и эффективно использует. Общая рекомендация — употреблять в форме быстрых углеводов не более 5% суточного рациона.

- Какие еще популярные мифы о мозге можете развенчать?

Самый популярный из них: "Нервные клетки не восстанавливаются". Давно доказано, что в мозге даже взрослого человека постоянно идет процесс образования новых нейронов. Наиболее активно — в гиппокампе, структуре мозга, которая отвечает за формирование памяти и ориентацию в пространстве.

02

03

Но долю рационального можно найти и здесь. Если нейроны гибнут вследствие травм, нарушения кровообращения, например, при инсульте, или иных негативных факторов, восстановить их тяжело. Тут в большой степени помогает пластичность мозга, о которой мы говорили ранее. Соседние неповрежденные участки перестраиваются и берут на себя функции поврежденных.

Не менее популярным мифом является представление, что мы используем возможности мозга лишь на 10%. На самом деле, конечно, на все 100%. Как я говорил ранее, мозг — это очень энергозатратный орган, а потому содержать неработающие, но потребляющие много ресурсов, было бы крайне расточительно и не имело бы шанса на успех в процессе эволюции. Вследствие постоянной активации определенных нервных сетей, связанных с выполнением нами ежедневных заданий – работы, хобби, другой повседневной активности, они становятся всё более эффективными. Каждый из нас может вспомнить, как по мере тренировок и повторов он учился выполнять какие-то действия всё четче, быстрее и "на автомате". Такое обучение является одним из важных следствий пластичности нервной системы. Но есть и обратная сторона — если клетки не используются, они могут терять свои связи с другими нейронами или даже гибнуть. Так организм экономит ресурсы. И если бы 90% мозга были "молчащими", их бы ожидала именно такая участь.

Также в сети популярны картинки с изображением функциональной специализации полушарий — левое абстрактно-логическое, а правое — образно-эмоциональное. Латерализация некоторых мозговых функций – безусловный факт. К примеру, у 90% правшей понимание речи и способность говорить обусловлены работой специализированных областей левого полушария. Это зоны Вернике и Брока, являющиеся слуховым и моторным центрами речи. Но так организованы далеко не все операции. По современным представлениям, выполнение любых заданий требует совместной работы обоих полушарий, каждое из которых вносит свой вклад. Наиболее ярко полушарная специализация проявляется у людей с так называемым расщепленным мозгом. При этом у них по медицинским показаниям хирургически разрушалось мозолистое тело — структура, через которую полушария обмениваются информацией. Будучи предоставленным каждое само себе, левое полушарие лучше справлялось с абстрактно-логическими заданиями, а правое — с образными. Это наблюдение, видимо, и легло в основу данного мифа. Но недавно было проведено повторное исследование таких пациентов через несколько десятилетий после операции. Неожиданно обнаружили, что эффективность выполнения различных задач правым и левым полушариями у них практически выровнялась. Таким образом, полушария научились даже в отсутствие анатомических путей обмениваться каким-то пока неизвестным способом информацией для формирования целостной картины мира.

- Над какими проектами сейчас работаете вы?

- Я работаю в отделе физико-химической биологии клеточных мембран – у нас и физика, и химия, и биология. Мы изучаем роль различных мембранных белков, в первую очередь рецепторов и ионных каналов, в функционировании нервных клеток. Работаем как на уровне отдельных молекул или клеток, так и на уровне небольших нейронных сетей и даже целого организма. Это дает нам возможность полноценно тестировать биологическую активность различных веществ, что является первым шагом на пути к разработке новых лекарств. Конкретно моя роль — изучение электрической активности мозга при выполнении животными различных поведенческих тестов. Подобным я занимался несколько лет назад во время работы в Швейцарии, там мы изучали работу мозга генетически модифицированных мышей, которые были моделью аутизма. А еще продолжается работа над экзотическим проектом по изучению электрической активности мозга осьминогов — самых интеллектуальных беспозвоночных животных. Он проходит в сотрудничестве с Институтом науки и технологий Окинавы в Японии.

Кроме того, я вместе с соавторами пишу школьные учебники по биологии. А также являюсь координатором украинского Нейроконкурса — соревнования среди школьников в нейронауках. Подробности можно найти на сайте brainbee.in.ua. Победитель представляет нашу страну на Международном конкурсе, который ежегодно проходит в рамках одной из ведущих профильных научных конференций. В этом году при поддержке Малой академии наук на конгресс Международной организации изучения мозга (IBRO) в Корею полетит Игорь Арефьев, выпускник Медицинского лицея НМУ имени Богомольца.

04

 Все фото предоставлены автором