Материи мозга

На протяжении истории человеческий мозг был весьма успешен в сокрытии своей роли. Все, от древних египтян до Аристотеля, недооценивали значение загадочной субстанции между нашими ушами. Знаменитый анатом Гален приписал мозгу роль управляющего движением и речью, но даже он отмёл в сторону серое и белое вещество, решив, что наполненные жидкостью камеры внутри мозга выполняют большую часть его работы.

Мозги человека большие…

Мозг среднего взрослого человека весит около 1.3-1.4 килограмма. Некоторые нейрохирурги описывают текстуру живого мозга как нечто наподобие зубной пасты, но согласно нейрохирургу Катрин Фирлик, более подходящая аналогия может быть найдена в вашем местном магазине здорового питания.

«Мозг не растекается как зубная паста. И он не прилипает к вашим пальцам как она», пишет Фирлик в своих мемуарах, «Another Day in the Frontal Lobe: A Brain Surgeon Exposes Life on the Inside» (Random House, 2006). «Тофу – мягкая его разновидность, если вы знакомы с тофу – может быть более подходящим сравнением».

Если вас не очаровало это описание, подумайте об этом: Около 80% содержимого вашей черепной коробки составляет мозг, в то время как примерно равное количество крови и цереброспинальной жидкости занимают остальное пространство. Если вы перемешаете весь этот мозг, кровь и жидкость, они составят приблизительно 1.7 литра, то есть чуть меньше, чем надо, чтобы заполнить 2-литровую бутылку колы.

… Но они уменьшаются

Но не слишком гордитесь всей этой историей с мозгом размером с бутылку колы. Люди 5000 лет назад имели мозги даже большего размера.

«Из археологических данных практически отовсюду, где мы можем их измерить – в Европе, Китае, Южной Африке, Австралии – нам известно, что мозг уменьшился на величину примерно в 150 кубических сантиметров от среднего значения в 1350 кубических сантиметров. Это приблизительно 10%», сообщил порталу LiveScience палеоантрополог Университета Висконсина Джон Хоукс в 2009 году.

Исследователи не знают, почему мозги уменьшаются, но некоторые теории считают, что они эволюционируют в более эффективные. Другие считают, что наши черепа уменьшаются из-за диеты, состоящей из более легко пережёвываемой пищи, вследствие чего большие, сильные челюсти более не требуются.

Какой бы ни была причина, размер мозга напрямую не коррелирует с интеллектом, так что у нас нет никаких свидетельств, что древний человек был умнее человека современного.

Наши мозги потребляют энергию

Мозг современного человека это чёрная дыра, поглощающая энергию. Орган, который составляет около 2% массы тела, потребляет около 20% кислорода крови и 25% глюкозы, циркулирующей в нашем кровотоке, согласно данным Американского колледжа нейропсихофармакологии.

Эти потребности в энергии подстегнули дебаты среди антропологов о том, что вообще вызвало эволюцию больших мозгов. Многие учёные считают, что дело в мясе, ссылаясь на свидетельства распространения охоты среди наших ранних предков. Однако мясо является ненадёжным источником пищи, говорят другие исследователи. Исследование, опубликованное в 2007 году Национальной академией науки, говорит, что современные шимпанзе знают, как выкапывать в саванне богатые калориями корнеплоды. Возможно, наши предки поступали так же, подпитывая мощь своего мозга овощами.

А что касается того, почему наши мозги раздулись в размерах, существует три главных теории: изменения климата, экологические условия, и социальная конкуренция.

Морщины делают нас умнее

В чём секрет ума представителей нашего вида? Ответом могут быть морщины. Поверхность человеческого мозга испещрена глубокими складками, с долинами, которые называются «sulci», и хребтами, которые называются «gyri». Эта поверхность называется корой головного мозга и состоит из приблизительно 100 миллиардов нейронов, или нервных клеток.

Складчатая поверхность позволяет мозгу вместить больше в меньший объём – а следовательно накопить больше «вычислительной мощности». Наши родственники-приматы показывают разную степень складчатости их мозга, также как и другие умные существа – например, слоны. И кстати, исследование нейробиолога Лори Марино из Университета Эмори показало, что дельфины имеют даже более выраженные складки в коре мозга, чем люди.

Большая часть клеток нашего мозга не является нейронами

Старое поверье, что мы используем лишь 10% нашего мозга неверно, но зато сейчас мы знаем, что нейроны составляют лишь 10% мозга.

Остальные 90%, которые составляют около половины массы мозга, называются «glia», что по-гречески означает «клей». Нейробиологи привыкли считать, что glia является просто клейкой субстанцией, которая держит нейроны вместе. Но недавние исследования показали, что роль glia гораздо обширнее. Статья, опубликованная в журнале «Current Opinions in Neurobiology» в 2005 году, указала на истинную роль этих незаметных клеток, деятельность которых простирается от утилизации излишних нейромедиаторов до обеспечения иммунной защиты и стимуляции роста синапсов. Как выясняется, безмолвное большинство является, похоже, отнюдь не таким уж безмолвным.

Мозг это закрытый клуб

Подобно вышибалам в ночном клубе, группы клеток в кровеносной системе мозга, называемые гемоэнцефалитный барьер, позволяют лишь небольшому числу молекул проникать во внутреннее святилище нервной системы – в мозг. Капилляры, питающие мозг, выстланы плотно лежащими клетками, которые препятствуют проникновению крупных молекул. Специальные протеины в барьере транспортируют необходимые питательные вещества внутрь мозга. Только элите позволено проникать сюда.

Гемоэнцефалитный барьер защищает наш мозг, но он также препятствует проникновению важных лекарств. Врачи, стараясь вылечить опухоль мозга, могут использовать вещества, которые открывают просветы между клетками, но это оставляет мозг временно уязвимым для инфекций. Одним из новых способов доставить лекарства за барьер могут быть нанотехнологии. Исследование, опубликованное в журнале «Cancer Research» в 2009 году, показало, что специально спроектированные наночастицы могут проникать через барьер и прикрепляться к тканям опухоли. В будущем, совместное использование наночастиц и хемотерапии может стать одним из способов борьбы с опухолями.

Мозг начинается с трубки

Основание для мозга закладывается очень рано. Через три недели после зачатия, слой эмбриональных клеток, называемый нейропластинка, сворачивается и образует нейротрубку. Эта ткань впоследствии станет центральной нервной системой.

Нейротрубка растёт и дифференцируется на протяжении первого триместра. (Когда клетки дифференцируются, они развиваются в различные ткани, из которых будут сформированы разные части тела.) Нейроны и glia начинают формироваться во втором триместре. Кора мозга формируется ещё позже. В третьем триместре, начиная с 26 недели, извилины в коре углубляются, и мозг плода начинает походить на мозг, который есть у новорожденных.

Мозги подростков не являются полностью сформировавшимися

Родители трудных подростков могут радоваться, или, по крайней мере, расслабиться: поведение таких подростков частично зависит от капризов развития мозга.

Развитие серого вещества достигает пика ко времени полового созревания, и затем угнетается на протяжении подросткового периода, показывая наибольший эффект развития в лобных долях мозга, ответственных за способность к суждению и принятию решений.

Исследование, опубликованное в журнале «Child Development» в 2005 году, показало, что части нашего мозга, ответственные за многозадачность, полностью формируются лишь к 16-17 годам. А исследование, представленное на Фестивале Науки в 2006 году, показало, что подростки имеют научно обоснованное оправдание своему эгоцентризму. Обдумывая действие, которое затронет окружающих, подростки гораздо в меньшей степени, чем взрослые используют срединный префронтальный кортекс, зону, ассоциированную с эмпатией и чувством вины. И так продолжается примерно до 20-летнего возраста.

Мозги никогда не прекращают изменяться

Наука когда-то утверждала, что по достижении зрелости наш мозг теряет способность к формированию новых синапсов. Эта способность, которую назвали «пластичностью», как считалось, ограничена возрастом младенчества и детства.

Заблуждение. Исследование 2007 года, посвящённое пациентке, перенёсшей инсульт, обнаружило, что её мозг адаптировался к повреждению оптических нервов, принимая сходную информацию от других нервных волокон. За этим последовало несколько исследований, которые показали, что взрослые мыши способны формировать новые нейроны. Более поздние исследования обнаружили ещё больше доказательств, что человеческие нейроны способны формировать новые синапсы в зрелом возрасте; в то же время, исследования медитаций показали, что интенсивная ментальная тренировка способна менять и структуру и функции мозга.

Женщины всё же не являются выходцами с Венеры

Популярная культура говорит нам, что мозги мужчин и женщин просто разные. Это верно в том плане, что мужские и женские гормоны по-разному влияют на развитие мозга, а наглядные исследования показали различия в том, как мужчины и женщины чувствуют боль, принимают социальные решения и справляются со стрессом. Предел, до которого эти различия обусловлены генетически, а не сформированы опытом – до сих пор неизвестен.

Но в большей своей части, мозги мужчин и женщин одинаковы. Анализ гендерных различий, проведённый журналом «American Psychologist» в 2005 году, показал, что в 78% случаев гендерных различий, описанных в других исследованиях, влияние пола на поведение находилось в пределах от незначительного до нулевого. А недавние исследования разоблачили миф о различии способностей разных полов. Исследование, опубликованное в журнале «Psychological Bulletin» в январе 2010 года, изучило почти полмиллиона мальчиков и девочек из 69 стран, и не обнаружило различий в их математических способностях. Фокусирование внимания на наших различиях может дать неплохое название для книги, но в нейробиологии ничто не является настолько простым.