Сергеев Б. - Парадоксы мозга

Сущность опытов Гальвани вряд ли была понятна или интересна обывателям, для них был важен лишь факт существования животного электричества, способного якобы оживить мертвого человека. В таком искаженном виде сведения об опытах Гальвани быстро распространились по всей Европе, что несомненно способствовало развитию интереса к электричеству.

Открытие животного электричества не снимало с повестки дня вопрос о душе. Ученые упорно искали ее апартаменты, то есть тот участок мозга, где находится наша психика. Декарт считал, что за психические процессы отвечает шишковидная железа – особый вырост, скрытый между большими полушариями, фактически находящийся в центре нашего мозга, а потому, на его взгляд, являющийся наиболее подходящим местом для выполнения душой своих функций. В качестве резиденции психики называли такие структуры, как полосатое и мозолистое тела мозга, или отводили ей двухкомнатные апартаменты в белом веществе больших полушарий.

В XVIII веке получила развитие психология. Теперь ученые не рассматривали психику как нечто целое и неделимое, а выделяли ее отдельные свойства или способности, и это наталкивало на мысль о необходимости рассматривать мозг как завод с несколькими специализированными цехами.

Немецкий анатом И.-Х. Майер высказал предположение, что кора головного мозга заведует памятью, белое вещество полушарий – воображением и суждениями, а в базальных областях мозга находится воля и новые восприятия сравниваются с предшествующим опытом. Майер назвал и командные пункты мозга. Он считал, что за организацию совместной деятельности различных мозговых цехов отвечает мозолистое тело и мозжечок.

Смутные предположения Майера не привлеки особого внимания и не получили большой известности, может быть, в силу того, что он не очень настойчиво их пропагандировал. Зато домыслы Галля не остались незамеченными. Они снискали себе немало поклонников, но еще больше врагов и критиков и вызвали серию яростных дискуссий.

Австрийский врач и анатом Франц Галль (1758–1828) очень тщательно изучил строение человеческого мозга. Будучи врачом и имея дело с заболеваниями мозга, он заметил, что характер болезни зависит от того, какой участок мозгового вещества оказался поврежденным. Это укрепило его в мысли, что каждой психической функцией заведует особый участок мозгового вещества. Пожалуй, он имел достаточно оснований для подобных выводов, но ход его дальнейших рассуждений, мягко сказать, был цепью сплошных умозрительных домыслов. У Галля для них не было никаких оснований, и они не опирались на проверенные факты.

Галль предположил, что, если у человека особенно сильно развита какая-то черта характера или психическая функция, это не может произойти без того, чтобы соответствующий участок коры больших полушарий не разросся по сравнению с соседними областями мозга. Под давлением «мозговой шишки» кости черепа должны выгибаться дугой, образовав в этом месте настоящую шишку, которую можно увидеть или нащупать, если она скрыта волосами. А если какая-то психическая функция недоразвита, то в этом месте кора больших полушарий становится тонкой, на поверхности мозга возникает ямка и в соответствии с ней провал костей, что снаружи должно выглядеть как углубление на поверхности черепа. Ученый самым активным образом пропагандировал свое учение, а затем совместно с Г. Шпурцгеймом опубликовал обширное пятитомное сочинение, которое можно рассматривать как руководство по френологии – науки о душе. Сами авторы дали своему сочинению не менее нескромное название «Анатомия и физиология нервной системы».

Галль и его последователи выделили 37 психических способностей и соответствующее количество шишек. В их числе, кроме шишек, выполняющих физиологические функции, были такие, как зрительная или слуховая память, ориентировка в пространстве, чувство времени или инстинкт продолжения рода, были шишки смелости, честолюбия, остроумия, скрытности, осторожности, самооценки, утонченности, надежды, любознательности, податливости воспитанию, самолюбия, независимости, исполнительности, агрессивности, верности, любви к жизни и даже любви к животным.

Галль не сам выдумал эти психические способности, свойства и влечения, а позаимствовал из тогдашней психологии. Он только указал, где они якобы находятся в мозгу человека. Галль и его сторонники составили подробные топографические карты поверхности головного мозга человека с точным указанием, где и что у нас имеется, и такие же подробные карты человеческой головы, чтобы знать, где искать подходящие шишки и ямки. Выходило, что, изучив и обмерив череп (метод Галля требовал точности), можно было дать объективное и исчерпывающее описание характера, психических свойств и способностей обследуемого субъекта и выяснить, насколько он исполнителен, честолюбив, будет ли преданным слугой и можно ли доверяться его дружбе.

Трудно понять, как в эту галиматью верил сам Галль, но, по всей вероятности, верил, хотя некоторые современники в этом сомневались и, видимо, имели на то основания. Один из видных ученых того времени заявил, что «френология – это учение, изобретенное глупцами для глупцов». Многие современники Галля приняли его учение в штыки, и не только из-за его умозрительного характера, но просто потому, что не могли представить себе, каким образом внешне однородное мозговое вещество может иметь столь узкую специализацию.

На Галля рьяно ополчилась церковь. Она не могла поддержать френологию. Приняв ее, неизбежно пришлось бы распрощаться с мифом о непознаваемости божественной души. Нам трудно сейчас представить себе, насколько острой и непримиримой была дискуссия. Родись Галль немного раньше, гореть бы ему на костре, но начинался XIX век. Инквизиции больше не существовало.

Благодаря церкви дискуссия о душе вышла за пределы «академических» кругов и втянула в свою орбиту сильных мира всего. Сам Наполеон Бонапарт вмешался в нее и потребовал от австрийского императора выслать Галля из Вены. В 1802 году главе френологической школы пришлось покинуть родной город. Позже, потеряв трон и сам оказавшись в пожизненной ссылке, Наполеон захотел оправдаться перед потомством и, перечисляя свои заслуги перед человечеством, не забыл напомнить, что именно он способствовал прекращению пропагандистской деятельности Галля.

Несмотря на гонения церкви и участие в этом глав крупнейших европейских государств, френология нашла своего потребителя в лице реакционных представителей правящего класса. Она одинаково годилась как для подтверждения их исключительности, так и для увековечения своей власти над беднейшими и «неполноценными» представителями трудящихся.

В эпоху становления капитализма в Европе френология дала толчок к использованию в криминалистике внешних признаков людей для подтверждения или отклонения врожденных преступных наклонностей. Основатель учения о врожденной преступности итальянский антрополог и криминалист Чезаре Ломброзо утверждал, что вырождение мозга, с одной стороны, приводит к психическим аномалиям, а с другой – проявляется в ряде внешних признаков, таких, как уродство в строении ушей, зубов, половых органов, неправильность черепа, выпячивание нижней челюсти, возникновение «заячьей губы», чрезмерная волосатость, и других нарушениях и диспропорциях телесных форм. Совокупность внешних уродств и психических аномалий якобы создает тип «прирожденного преступника», самой природой предназначенного совершать злодейские поступки, а потому и неисправимого. От людей такого типа Ломброзо требовал социальной защиты, которая должна была применяться задолго до совершения ими преступления, чтобы уберечь общество от нанесения ему вреда. Он считал, что внешние признаки дают основание применять к их обладателям такие меры, как высылка на необитаемые острова, пожизненное заключение или смертная казнь, а также кастрация, чтобы избежать появления новых потенциальных преступников.

Теория Ломброзо не получила признания. Ее несостоятельность давно доказана. Тем не менее в некоторых штатах США был в свое время принят закон о принудительной стерилизации людей, совершивших тяжелые преступления.

Несмотря на фантастический донаучный характер представлений Галля о функциях мозга, они сыграли и некоторую положительную роль, привив анатомам любовь к точным измерениям при изучении и описании органов и частей тела. Идеи о «мозговых центрах» выдержали гонения, обрушившиеся на их автора и, надолго пережив френологию, в измененном виде частично используются и современной наукой.

Активная пропагандистская деятельность Галля привлекла внимание к функциям мозга. Вскоре после опубликования им своих френологических домыслов стали известны исследования французского физиолога и врача М. Флуранса. Большую часть экспериментов он осуществил на голубях и курах, удаляя у них отдельные участки мозга и наблюдая за изменением поведения. Флуранс смог убедиться, что через некоторое время после операции поведение птиц восстанавливалось, независимо от того, какие районы поверхности мозга были у них повреждены. Проведя большую серию экспериментов, он пришел к выводу, что серое вещество поверхности полушарий (сам Флуранс считал его корой больших полушарий) является местом обитания души, или «управляющего духа».

Результаты экспериментов на голубях, казалось бы, полностью перечеркивали домыслы Галля. Флуранс считал, что если мозг и является сложным органом, состоящим из многих самостоятельных блоков, то кора больших полушарий действует как единое целое и вся ее масса «однородна и равноценна, как масса любой железы, например печени».

Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, Флуранс провел на петухах еще одну серию удивительных опытов. Он перерезал у них на одном крыле два нерва: один – идущий к мышцам-разгибателям, а другой – к мышцам-сгибателям, а затем вшивал их, но намеренно перепутав концы. В результате идущий от мозга нерв-разгибатель оказался сшит с обрывком нерва-сгибателя, а нерв-сгибатель – с обрывком разгибателя. Нервы легко срастаются, и по прошествии определенного времени функция крыла восстановилась. Эти наблюдения, казалось бы, должны были свидетельствовать о том, что тот участок мозга, который дает команды мышцам-сгибателям, с таким же успехом может командовать и разгибателями.

Флуранс был серьезным ученым и каждый свой вывод подтверждал данным собственноручно проведенных экспериментов и наблюдений. Однако сделанные им выводы в дальнейшем не подтвердились. Мозг птиц во многом отличается даже от мозга низших млекопитающих, тем более от человеческого. То, что он принимал за кору больших полушарий, являлось совершенно другой мозговой структурой. Она действительно работает как единое целое, тогда как кора больших полушарий высших млекопитающих, и особенно человека, состоит из отделов, выполняющих присущие только им функции.

Спор между сторонниками Галля и Флуранса был весьма плодотворным. Он толкал на проведение все новых и новых исследований и способствовал дальнейшему развитию физиологии, изучению функций отдельных структур мозга. Ученые конца XVIII – начала XIX века подорвали веру в существование непознаваемой души и поставили на очередь вопрос об изучении деятельности мозга, который уже нельзя было рассматривать как седалище нашей психики, каким его до того считали, – он получил статус ее творца.

Миллиарды деталей

Несколько фотоснимков

Одна из главных причин, сдерживавших развертывание работ по изучению мозга, – неверие в возможность осуществления подобных исследований. Сначала ученые думали, что психика продукт нематериальной, а следовательно и непознаваемой души. Поэтому изучение чего-либо, что к ней относится, не имело в их глазах никакого смысла. Когда же вера в божественную душу понемногу стала угасать, взяться за изучение физиологии мозга мешало представление, что мысль не материальна, а потому механизмы ее возникновения не могут быть изучены. Кроме того, невероятная сложность мозга, полное отсутствие сведений о том, что происходит в его недрах, не вдохновляли. Никто не знал, с какой стороны подойти к его изучению.

В.И. Ленин назвал человеческий мозг высшей формой организованной материи. Действительно, как по сложности своего устройства, так и по сложности и совершенству выполняемых им функций нет ничего равного мозгу. Он гораздо сложнее всего, с чем нам до сих пор приходилось сталкиваться в нашей Вселенной. Между тем на создание мозговой ткани природа особенно не расщедрилась. Мозг построен из относительно небольшого количества «типовых деталей» – разных видов нервных и глиальных клеток. Зато общее число использованных на его постройку деталей чудовищно велико. Только нервных клеток, или нейронов, как их сейчас называют ученые, около ста миллиардов и примерно столько же глиальных клеток.

Мозг современного человека – относительно небольшой орган. Его величина намного уступает размеру мозга некоторых животных, самым крупным природа одарила синего кита. Вес его мозга колеблется от 7 до 10 килограммов. Вес мозга индийского слона около 5 килограммов, северного дельфина-белухи – 2350 граммов, а дельфина-афалины – до 1735 граммов.

По сравнению с перечисленными животными размер мозга нашего обезьяноподобного предка был мизерным. У ископаемых австралопитековых обезьян он едва достигал 350 кубических сантиметров, но начал быстро расти. За время существования австралопитеков он постепенно увеличился от 450 до 750 кубических сантиметров, что уже значительно превышало размер мозга гориллы – самого крупного представителя современных человекообразных обезьян.

Было бы весьма интересно детально изучить мозг наших далеких предков, но это вещество больше других тканей организма подвержено разрушению. К счастью, об объеме мозга можно судить по объему черепной полости – она обычно немногим больше находящегося в ней мозга. Изучение костных останков рассказало о том, как шло развитие мозга. У предчеловека с острова Явы объем мозга возрос до 800 кубических сантиметров. У питекантропа он колебался от 750 до 900, а у синантропа достиг 915–1225 кубических сантиметров и почти приблизился к размеру мозга современного человека.

Объем черепной коробки африканского неандертальца достиг 1350, а европейского – 1610 кубических сантиметров. Наконец, среди кроманьонцев были по-настоящему «башковитые ребята» с объемом мозга до 1880 кубических сантиметров. Это была кульминация! Дальше величина мозга пошла на убыль. Если в среднем у кроманьонца емкость черепа составляла 1570, то в верхнем палеолите она упала до 1505, а у современного европейца до 1446, то есть уменьшилась на 125 кубических сантиметров! Этот процесс продолжался и в историческую эпоху существования человечества. Благодаря бальзамированию трупов лучше всего сохранились останки египтян. Их изучение позволило убедиться, что за 2–3 тысячи лет от царствования первых династий египетских фараонов до восемнадцатой династии емкость черепа сократилась с 1414 до 1379 кубических сантиметров, теряя примерно один кубический сантиметр каждые сто лет.

Не связан ли уровень развития интеллекта с размером мозга? Безусловно связан! Мозг шимпанзе в три раза меньше человеческого, и это определенно накладывает отпечаток на развитие умственных способностей обезьян. Однако не менее важна разница в его структурном совершенстве. Видимо, все-таки удачная конструкция важнее количества использованных для ее создания рабочих элементов.

Вес мозга современных людей подвержен значительным колебаниям – от 1017 до 2014 граммов. Разница почти в два раза, но она считается нормальной. Нашлись ученые, которым показалось заманчивым связать умственные способности людей с размерами их мозга. Они априорно, не проведя необходимых исследований, предположили, что мозг европейца крупнее, чем аборигенов других континентов, и сочли это доказательством превосходства белого человека над всеми остальными расами людей.

Расистски настроенные ученые поторопились. Им пришлось отказаться от своих домыслов. Между отдельными расами нет серьезной разницы в размерах мозга, во всяком случае она не в пользу европейцев. Средний вес мозга африканцев 1316, европейцев – 1361, в том числе немцев – 1291, швейцарцев – 1327, русских и украинцев – 1377. Вес мозга японцев – 1374, а бурят – даже 1508 граммов. Мозг мужчин обычно на 100–150 граммов больше женского.

Несмотря на то, что между появлением на земле каракатицы и человека прошли миллиарды лет, в организации тканей нервных ганглиев моллюсков и тканей головного мозга высших представителей млекопитающих не возникло принципиальной разницы. Нервная система любых организмов, как и любой другой орган, построена из клеток, правда, клеток весьма своеобразных и высококвалифицированных. По строению, характеру деятельности и значению их можно разделить на два типа – нервные и глиальные.

О глиальных клетках здесь будет сказано мимоходом, но не потому, что их роль ничтожна или их слишком мало. Глиальные клетки окружают нейроны со всех сторон. Предполагается, что они создают опору для нервных клеток и их тонких отростков, снабжают их всем необходимым, а может быть, выполняют и более важные обязанности.

Главными рабочими элементами мозга являются нейроны. Это удивительные клетки. От маленького, неправильной формы тела отходят многочисленные отростки. Один из них бывает особенно длинным. Его называют аксоном. Остальные – дендриты, они короче. И аксон и дендриты сильно ветвятся, причем аксон ветвится лишь на конце, а остальной его ствол веточек не дает. Если нарисовать нейрон аксоном вверх, он будет напоминать высокое и очень тонкое дерево, вырванное из земли с корнями.

Причудливое строение нейрона – не случайность. Каждая его часть выполняет свою особую функцию. Тело нейрона – это его энергетический центр и фабрика важнейших материалов, необходимых для жизнедеятельности нервной клетки. Дендриты предназначены для сбора информации. Их задача – увеличить поверхность нейрона. Вот почему они сильно ветвятся и образуют вокруг тела клетки густую чащу. Большинство сигналов, поступающих в нейрон от его соседей, перехватывается их бесчисленными отростками.

Функция аксонов заключается в передаче сигналов другим нервным клеткам. Это всего лишь проводник, кабель, идущий из одного отдела нервной системы в другой или из нервной системы в различные органы и ткани организма. Обычно аксон несколько тоньше дендритов, а его длина, в сравнении с мизерными размерами тела нервной клетки, поражает. Нейроны относятся к числу наиболее мелких клеток организма. Размер большинства из них обычно не превышает нескольких десятков микрометров, а длина аксонов человека варьируется от 0,1 миллиметра до 1 метра. Чтобы из спинного мозга донести команды до самых удаленных мышц ног или хвоста у крупных животных, например слона, кита, им нужно иметь длину от 1,5 до 3 метров. Наконец, у гигантского кальмара-архитеутиса, вместе с вытянутыми щупальцами достигающего в длину 18 метров, максимальная длина аксонов не должны быть меньше 10 метров. Выходит, что отросток может быть в миллионы раз длиннее собственной клетки.

Информация от одной нервной клетки к другой передается в местах их контакта. Для этого здесь формируются особые приспособления, обеспечивающие переход возбуждения с нейрона на нейрон. Их называют синапсами. Большинство синапсов, как уже говорилось, передают информацию от аксона одной клетки к дендриту другой, но известны и другие типы контактов: между аксоном одной клетки и телом другой, между двумя аксонами или двумя дендритами. Обычно нейрон имеет от 1000 до 10000 синапсов, через которые обменивается информацией с другими нейронами – получает от них сообщения или делится с ними имеющимися в его распоряжении сведениями.

Сложность строения нервных клеток сильно затрудняла изучение их взаимного расположения и общего устройства нервной ткани. Дело в том, что микроскоп не дает возможности проследить от начала до конца ни самый короткий аксон, ни крохотный дендрит. Путь нервных отростков извилист. Его трудно увидеть в густом переплетении соседних отростков и глиальных клеток, окружающих нейрон со всех сторон. Скажем откровенно, что и сейчас архитектоника многих участков человеческого мозга изучена еще недостаточно полно, но тем не менее уже появилась возможность дать принципиальную схему их взаимного расположения и взаимодействия.