Принципы работы мозга. Как работает человеческий мозг Размеры мозга и умственные способности
Самая большая загадка для ученых - не безграничность космоса или образование Земли, а человеческий мозг. Его возможности превышают способности любого современного компьютера. Мышление, прогнозирование и планирование, эмоции и чувства, наконец, сознание — все эти присущие человеку процессы, так или иначе, протекают в пределах небольшого пространства черепной коробки. Работа человеческого мозга и ее изучение связаны гораздо сильнее, чем любые другие объекты и способы исследования. В данном случае они практически совпадают. Мозг человека изучается при помощи мозга человека. Возможность понять протекающие в голове процессы фактически зависит от способностей «мыслительной машины» познавать саму себя.
Структура
Сегодня довольно много известно о строении головного мозга. Он состоит из двух полушарий, напоминающих половинки грецкого ореха, покрытых тонкой серой оболочкой. Это кора больших полушарий. Каждая из половинок условно поделена на несколько долей. Самые древние в эволюционном плане отделы мозга, лимбическая система и ствол, находятся под мозолистым телом, соединяющим два полушария.
Человеческий мозг состоит из клеток нескольких разновидностей. Большая часть из них — это глиальные клетки. Они выполняют функцию соединения остальных элементов в единое целое, а также принимают участие в усилении и синхронизации электрической активности. Примерно десятая часть клеток мозга — это нейроны различных форм. Они передают и принимают электрические импульсы при помощи отростков: длинных аксонов, транслирующих информацию от тела нейрона дальше, и коротких дендритов, принимающих сигнал от других клеток. Соприкасающиеся аксоны и дендриты образуют синапсы, места передачи информации. Длинный отросток выделяет в полость синапса нейромедиатор, химическое вещество, влияющее на работу клетки, оно попадает на дендрит и приводит к торможению или возбуждению нейрона. Сигнал передается по всем связанным клеткам. В результате очень быстро возбуждается или тормозится работа большого числа нейронов.
Некоторые особенности развития
Человеческий мозг, как и любой другой орган тела, проходит определенные стадии своего формирования. Ребенок появляется на свет, так сказать, не в полной боевой готовности: процесс развития мозга на этом не завершается. Наиболее активные его отделы в этот период находятся в древних структурах, отвечающих за рефлексы и инстинкты. Кора функционирует хуже, поскольку состоит из большого числа незрелых нейронов. С возрастом человеческий головной мозг утрачивает часть из этих клеток, зато приобретает множество прочных и упорядоченных связей между оставшимися. Погибают «лишние» нейроны, не нашедшие себе места в образовавшихся структурах. На сколько работает человеческий мозг, по-видимому, зависит от качества связей, а не от количества клеток.
Распространенный миф
Понимание особенностей развития головного мозга помогает определить несоответствие реальности некоторых привычных представлений о работе этого органа. Бытует мнение, что человеческий мозг работает на процентов 90-95 меньше, чем может, то есть используется примерно его десятая часть, а остальная таинственно дремлет. Если перечитать вышеизложенное, становится понятно, что не использующиеся нейроны не могут долго существовать — они погибают. Скорее всего, подобная ошибка — результат бытовавших некоторое время назад представлений, что работают только те нейроны, которые передают импульс. Однако в единицу времени в подобном состоянии находится лишь некоторые клетки, связанные с необходимыми сейчас человеку действиями: движением, речью, мышлением. Спустя несколько минут или часов им на смену приходят другие, ранее «молчавшие».
Таким образом, в течение определенного времени в работе тела участвует весь мозг, сначала одними своими частями, затем другими. Одновременная активация всех нейронов, которая подразумевает столь желанную многими 100% работу мозга, может привести к своеобразному короткому замыканию: человек будет галлюцинировать, испытывать боль и все возможные ощущения, содрогаться всем телом.
Связи
Получается, нельзя говорить, что какая-то часть мозга не работает. Однако способности человеческого мозга используются, действительно, не полностью. Дело, правда, не в «спящих» нейронах, а в количестве и качестве связей между клетками. Любое повторяющееся действие, ощущение или мысль закрепляются на уровне нейронов. Чем больше повторений, тем прочнее связь. Соответственно, более полноценное использование мозга предполагает построение новых связей. На этом построено обучение. Детский мозг еще не имеет стойких связей, они формируются и закрепляются в процессе знакомства ребенка с миром. С возрастом внести изменения в сложившуюся структуру становится все сложнее, поэтому дети легче обучаются. Тем не менее, при желании развить способности человеческого мозга можно в любом возрасте.
Невероятно, но факт
Способность образовывать новые связи и переобучаться дает поразительные результаты. Известны случаи, когда она преодолевала все грани возможного. Человеческий мозг — структура нелинейная. Со всей определенностью в нем нельзя выделить зоны, которые выполняют одну конкретную функцию и никакую больше. Более того, при необходимости части головного мозга могут брать на себя «обязанности» травмированных зон.
Так произошло с Говардом Рокетом, в результате инсульта обреченным на инвалидное кресло. Он не пожелал сдаваться и с помощью ряда упражнений пытался разрабатывать парализованные руку и ногу. В результате каждодневного упорного труда через 12 лет он смог не только нормально ходить, но и танцевать. Его головной мозг очень медленно и постепенно перенастроился таким образом, чтобы непострадавшие его части смогли выполнять функции, необходимые для нормального движения.
Паранормальные способности
Пластичность головного мозга - не единственная его особенность, поражающая ученых. Нейробиологи не обходят своим вниманием и такие явления, как телепатия или ясновидение. В лабораториях ставятся эксперименты, призванные доказать или опровергнуть возможность таких способностей. Исследования американских и английских ученых дают интересные результаты, позволяющие предположить, что их существование - не миф. Однако окончательного решения нейробиологи пока не вынесли: для официальной науки по-прежнему есть определенные грани возможного, человеческий мозг через них переступить, как считается, не может.
Работа над собой
В детстве по мере отмирания не нашедших себе «места» нейронов исчезает способность помнить все и сразу. Так называемая эйдетическая память встречается у малышей достаточно часто, у взрослых — это крайне редкий феномен. Однако человеческий мозг представляет собой орган и, как любая другая часть тела, он поддается тренировке. А значит, можно и память улучшить, и интеллект подтянуть, и творческое мышление развить. Важно только помнить, что развитие человеческого мозга — дело не одного дня. Тренировки должны быть регулярными независимо от поставленных целей.
Непривычно
Новые связи образуются в тот момент, когда человек делает что-то не как обычно. Простейший пример: на работу можно добраться несколькими путями, но по привычке мы всегда выбираем один и тот же. Задача — выбирать каждый день новую дорогу. Это элементарное действие принесет плоды: мозг будет вынужден не только определять путь, но и регистрировать новые визуальные сигналы, идущие от неизвестных ранее улиц и домов.
В число подобных тренировок можно отнести и использование левой руки там, где привычна правая (и наоборот, для левшей). Писать, печатать, держать мышку так неудобно, зато, как показывают эксперименты, уже спустя месяц таких тренировок значительно усилится творческое мышление и фантазия.
Чтение
О пользе книг нам говорят с самого детства. И это не пустые слова: чтение способствует повышению активности мозга в противоположность просмотру телевизора. Книги помогают развиваться фантазии. Под стать им действуют кроссворды, ребусы, игры на логику, шахматы. Они стимулируют мышление, заставляют нас пользоваться теми возможностями головного мозга, которые обычно не востребованы.
Физические упражнения
На сколько работает человеческий мозг, на всю мощность или нет, зависит и от нагрузки на все тело. Доказано, что физические тренировки за счет обогащения крови кислородом положительно сказываются на активности мозга. Кроме того, удовольствие, которое получает тело в процессе регулярных упражнений, улучшает общее состояние и настроение.
Существует большое число способов повысить активность головного мозга. Среди них есть и специально разработанные, и крайне простые, к которым мы, сами того не зная, прибегаем каждый день. Главное — это последовательность и регулярность. Если сделать каждое упражнение по разу, существенного эффекта не последует. Ощущение дискомфорта, возникающее вначале - не повод бросать, а сигнал, что это упражнение заставляет мозг работать.
Мозг — это самый загадочный и таинственный орган человека. Парадоксально, но наши представления о его работе и то, как она самом деле происходит — вещи диаметрально противоположные. Следующие эксперименты и гипотезы приоткроют завесу над некоторыми тайнами функционирования этого «оплота мышления», взять который ученым не удалось по сей день.
1. Усталость — пик креативности
Работа биологических часов — внутренней системы организма, определяющей ритм его жизнедеятельности — имеет непосредственное влияние на повседневную жизнь человека и его продуктивность в целом. Если вы «жаворонок», то разумней всего выполнять сложную аналитическую работу, требующую серьезных умственных затрат, утром или до полудня. Для полуночников, иными словами — «сов» — это вторая половина дня, плавно переходящая в ночь.
С другой стороны, за более креативную работу, требующую активации правого полушария, ученые советуют приниматься, когда организм чувствует физическую и умственную истощенность, а мозгу уже просто не под силу разобраться в доказательстве тернарной проблемы Гольдбаха. Звучит безумно, но если копнуть немного глубже, то рациональное зерно в данной гипотезе найти все же можно. Так или иначе, это объясняет, почему моменты типа «Эврика!» происходят во время езды в общественном транспорте после длинного рабочего дня или, если верить истории, в ванной. :)
При недостатке сил и энергии фильтровать поток информации, анализировать статистические данные, находить и, что самое главное, запоминать причинно-следственные связи крайне тяжело. Когда речь заходит о творчестве, то перечисленные негативные моменты приобретают положительный окрас, так как этот вид умственной работы предполагает генерирование новых идей и нерациональное мышление. Другими словами, уставшая нервная система при работе над творческими проектами более эффективна.
В одной из статей научно-популярного американского журнала Scientific American говорится о том, почему отвлечение играет важную роль в процессе креативного мышления:
«Способность к отвлечению очень часто является источником нестандартных решений и оригинальных мыслей. В эти моменты человек менее сконцентрирован и может воспринимать более широкий спектр информации. Такая «открытость» позволяет оценивать альтернативные варианты решения проблем под новым углом, способствует принятию и созданию совершенно новых свежих идей».
2. Влияние стресса на размеры мозга
Стресс — это один из наиболее сильных факторов, влияющих на нормальное функционирование головного мозга человека. Недавно ученые Йельского университета (Yale University) доказали, что частые переживания и депрессии в буквальном смысле уменьшают размеры центральной части нервной системы организма.
Головной мозг человека не может синхронизировать процессы принятия решений в отношении двух отдельно взятых проблем. Пытаясь сделать два действия в одно и то же время, мы всего лишь истощаем свои когнитивные способности, переключаясь с одной проблемы на другую.
В случае, если человек сконцентрирован на чем-то одном, основную роль играет префронтальная кора, контролирующая все возбуждающие и угнетающие импульсы.
«Передняя (Anterior part) префронтальная кора головного мозга отвечает за формирование целей и намерений. К примеру, желание “Я хочу съесть тот кусочек торта” в виде возбуждающего импульса проходит по нейронной сети, достигает задней префронтальной коры, и вы уже наслаждаетесь лакомством».
4. Короткий сон повышает умственную активность
Прекрасно известно, какое влияние оказывает здоровый сон. Вопрос в том, какое воздействие имеет дремота? Как выяснилось, короткие «отключки» на протяжении дня не менее положительно сказываются на умственной деятельности.
Улучшение памяти
После окончания эксперимента по запоминанию 40 иллюстрированных карточек одна группа участников на протяжении 40 минут спала, тогда как вторая бодрствовала. В результате последующего тестирования выяснилось, что участники, которым выпал шанс немного вздремнуть, запомнили карточки гораздо лучше:
«В это сложно поверить, но выспавшейся группе удалось возобновить в памяти 85% карточек, тогда как остальные вспомнили всего 55%».
Очевидно, что короткий сон помогает нашему центральному компьютеру «кристаллизировать» воспоминания:
«Исследование показывает, что едва сформировавшиеся в гиппокампе воспоминания очень хрупки и могут быть легко стерты из памяти, особенно если потребуется место для новой информации. Короткий сон, как оказалось, “проталкивает” недавно усвоенные данные к новой коре (неокортекс), месту длительного хранения воспоминаний, защищая их таким образом от уничтожения».
Улучшение процесса обучения
В процессе исследования, проведенного профессорами Калифорнийского университета (The University of California), перед группой студентов было поставлено довольно сложное задание, требующее изучения большого количества новой информации. Через два часа после начала эксперимента половина волонтеров, точно так же, как и в случае с карточками, на протяжении короткого периода времени спала.
В конце дня выспавшиеся участники не только качественнее выполнили задание и лучше усвоили материал, но их «вечерняя» продуктивность значительно превышала показатели, полученные перед началом исследования.
Что происходит во время сна?
Несколько недавних исследований показали, что во время сна активность правого полушария значительно повышается, тогда как левое ведет себя предельно тихо. :)
Такое поведение ему совершенно не свойственно, так как у 95% населения планеты левое полушарие является доминирующим. Андрей Медведев, автор данного исследования, сделал весьма забавное сравнение:
«Пока мы спим, правое полушарие беспрестанно хлопочет по дому».
5. Зрение — главный «козырь» сенсорной системы
Несмотря на то, что зрение является одной из пяти составляющих сенсорной системы, способность воспринимать электромагнитное излучение видимого спектра по своей важности значительно превалирует над остальными:
«Через три дня после изучения какого-либо текстового материала, вы вспомните всего 10% прочитанного. Несколько релевантных изображений способны увеличить эту цифру на 55%.
Иллюстрации гораздо эффективнее текста отчасти потому, что чтение само по собе не приносит ожидаемых результатов. Наш мозг воспринимает слова в виде крошечных изображений. Чтобы вникнуть в смысл одного предложения, необходимо больше времени и энергии, нежели для того, чтобы рассмотреть красочную картинку».
На самом деле то, что мы так сильно полагаемся на свою зрительную систему, имеет несколько негативных моментов. Вот один из них:
«Наш мозг вынужден постоянно строить догадки, так как он не имеет никакого понятия, где конкретно находятся видимые предметы. Человек живет в трехмерном пространстве, тогда как свет на сетчатку его глаза падает в двумерной плоскости. Таким образом, мы додумываем все, что не можем увидеть».
На картинке, представленной ниже, показано, какая часть головного мозга отвечает за обработку визуальной информации, и ее взаимодействие с другими областями мозга.
6. Влияние типа личности
Умственная активность экстравертов значительно повышается, когда «выгорает» рискованная сделка или удается провернуть какую-то авантюру. С одной стороны, это просто генетическая предрасположенность общительных и импульсивных людей, а с другой — разные уровни нейромедиатора дофамина в мозгу разных типов личности.
«Когда стало известно, что рискованная сделка оказалась удачной, повышенная активность прослеживалась в двух областях мозга экстравертов: миндалевидном теле (лат. corpus amygdaloidum) и прилежащем ядре (лат. nucleus accumbens)».
Прилежащее ядро является частью дофаминергической системы, вызывающей чувство удовольствия и влияющей на процессы мотивации и обучения. Дофамин, вырабатываемый в мозгу экстравертов, подталкивает их к совершению безумных поступков и дает возможность полностью насладиться происходящими вокруг событиями. Миндалевидное тело, в свою очередь, играет ключевую роль в формировании эмоций и отвечает за обработку возбуждающих и угнетающих импульсов.
Другие исследования продемонстрировали, что самая большая разница между интровертами и экстравертами заключается в процессах обработки различных стимулов, поступающих в мозг. У экстравертов этот путь гораздо короче — возбуждающие факторы двигаются через области, отвечающие за обработку сенсорной информации. У интровертов траектория движения стимулов гораздо сложнее — они проходят через области, связанные с процессами запоминания, планирования и принятия решений.
7. Эффект «полного провала»
Профессор социальной психологии Стэнфордского университета (Stanford University) Эллиот Аронсон (Elliot Aronson) обосновал существование так называемого эффекта «полного провала» (Pratfall Effect). Его суть состоит в том, что допуская ошибки, мы больше нравимся людям.
«Тот, кто никогда не ошибается, менее симпатичен окружающим, нежели тот, кто временами делает глупости. Совершенство создает дистанцию и невидимую ауру недосягаемости. Именно поэтому в выигрыше всегда тот, у кого есть хоть какие-то изъяны.
Эллиот Аронсон провел замечательный эксперимент, подтверждающий его гипотезу. Группе участников было предложено прослушать две аудиозаписи, сделанные во время собеседований. На одной из них было слышно, как человек опрокидывает чашку кофе. Когда участников опросили, какой из претендентов им симпатизировал больше, все проголосовали за неуклюжего соискателя».
8. Медитация — подзарядка для мозга
Медитация полезна не только для улучшения внимания и сохранения спокойствия в течении дня. Различные психофизические упражнения имеют множество положительных эффектов.
Спокойствие
Чем чаще мы медитируем, тем спокойнее становимся. Это утверждение несколько спорное, но довольно интересное. Как выяснилось, причиной тому является разрушение нервных окончаний мозга. Вот как выглядит префронтальная кора до и после 20-минутной медитации:
Во время медитации нервные связи значительно ослабевают. При этом связи между областями мозга, отвечающими за рассуждения и принятия решений, телесными ощущениями и центром страха, наоборот, укрепляются. Поэтому, переживая стрессовые ситуации, мы можем более рационально их оценивать.
Креативность
Исследователи Лейденского университета в Нидерландах, изучая целенаправленную медитацию и медитацию ясного ума, обнаружили, что у участников эксперимента, практикующих стиль целенаправленной медитации, не наблюдалось особых изменений в областях мозга, регулирующих процесс творческого мышления. Те, кто избрал для себя медитацию ясного ума, намного превзошли остальных участников по результатам последующего тестирования.
Память
Кэтрин Кэрр (Catherine Kerr), доктор философских наук, сотрудник Центра Биомедицинского Сканирования MGH (Martinos Center for Biomedical Imaging) и Исследовательского центра Ошера Гарвардской Медицинской Школы, утверждает, что медитация повышает многие умственные способности, в частности — быстрое запоминание материала. Способность абсолютно абстрагироваться от всех отвлекающих факторов позволяет людям, практикующим медитацию, предельно концентрироваться на выполняемой задаче.
9. Упражнения — реорганизация и воспитание силы воли
Конечно, физические упражнения очень полезны для нашего тела, но как насчет работы мозга? Между тренировками и умственной активностью существует точно такая же связь, как между тренировками и положительными эмоциями.
«Регулярная физическая нагрузка может стать причиной значительного улучшения когнитивных способностей человека. В результате проведенного тестирования выяснилось, что люди, активно занимающиеся спортом, в отличие от домоседов, имеют хорошую память, быстро принимают правильные решения, без особого труда концентрируют внимание на выполнении поставленной задачи и умеют выделять причинно-следственные связи».
Если вы только приступили к занятиям, ваш мозг воспримет это событие не иначе как стресс. Учащенное сердцебиение, одышка, головокружение, судороги, мышечная боль и т. д. — все эти симптомы возникают не только в тренажерных залах, но и в более экстремальных жизненных ситуациях. Если ранее вы ощущали что-то подобное, эти неприятные воспоминания обязательно всплывут в памяти.
Чтобы защититься от стресса, во время тренировки мозг вырабатывает белок BDNF (нейротрофический фактор мозга). Вот почему после занятий спортом мы чувствуем себя непринужденными и в конечном итоге даже счастливыми. Кроме того — как защитная реакция в ответ на стресс — увеличивается выработка эндорфинов:
«Эндорфины минимизируют ощущение дискомфорта во время занятий, блокируют боль и способствуют возникновению чувства эйфории».
10. Новая информация замедляет ход времени
Вы когда-нибудь мечтали о том, чтобы время летело не так быстро? Наверное, неоднократно. Зная, каким образом человек воспринимает время, можно искусственно замедлять его ход.
Поглощая огромное количество информации, поступающей от разных органов чувств, наш мозг структурирует данные таким образом, чтобы мы могли беспрепятственно воспользоваться ими в будущем.
«Так как информация, воспринимаемая мозгом, совершенно неупорядоченная, она должна быть реорганизована и усвоена в понятной для нас форме. Несмотря на то, что процесс обработки данных занимает миллисекунды, новая информация усваивается мозгом немного дольше. Таким образом, человеку кажется, что время тянется вечность».
Более странно то, что за восприятие времени отвечают практически все области нервной системы.
Когда человек получает много информации, мозгу необходимо определенное время на ее обработку, и чем дольше длится этот процесс, тем больше замедляется ход времени.
Когда же мы в который раз работаем над до боли знакомым материалом, все происходит с точностью до наоборот — время пролетает практически незаметно, так как особых умственных усилий прикладывать не приходится.
Очень важно понимать, насколько сложный механизм - человеческий мозг . Мозг человека весит всего примерно 1300 г, но в нем насчитывается около 100 миллиардов клеток. Трудно представить себе число такой величины (или такие микроскопические связи). Попробуем понять и представить, насколько сложен мозг, сравнив его с чем-либо, что создано самим человеком - например, с телефонной системой всей планеты . Даже если мы представим себе все телефоны мира и все провода (а население земли уже 7 миллиардов), число соединений и триллионы сообщений в день НЕ будут эквивалентны сложности или активности одного человеческого мозга. А теперь посмотрим на "маленькую проблему" - если сломаются все телефоны штата Мичиган и нарушатся все провода, сколько времени потребуется всему штату (где проживают около 15 млн человек) восстановить телефонную связь? Неделю, месяц, несколько лет? Если вы выбрали "лет", то вы близки к истине и примерно представляете всю сложность восстановления мозга после травмы . В примере со штатом Мичиган его жители окажутся без телефонной связи, в то время как во всем остальном мире телефонные службы будут работать нормально. То же самое происходит с человеком при травме головы. Некоторые части мозга будут продолжать нормально функционировать, в то время как другие будут нуждаться в восстановлении или "перезагрузке".
Электрический и химический механизм
Посмотрим на строительные кирпичики мозга. Как уже было сказано, мозг состоит из 100 миллиардов клеток. Большинство из этих клеток называются нейронами. Нейроны - это что-то вроде переключателей, ну, примерно, как всем хорошо известные домашние электрические выключатели. Они либо в состоянии покоя (выключены) или передают электрический импульс по проводам (включены). Нейрон имеет клеточное тело , длинный маленький провод-отросток (этот "провод" называется аксон), а самый кончик его может испускать химический сигнал. Этот химический импульс передается через узкую щель (синапс), где запускает передачу сигнала другим нейроном. Таким образом множество нейронов передают сигнал по проводам (аксонам). Между прочим, каждый из этих миллиардов аксонов генерирует небольшой электрический импульс, общая мощность этих импульсов по примерным подсчетам равняется мощности лампочки в 60 вт. Врачи установили, что измерения этой электрической активности могут быть показателями работы мозга. Устройство для измерения электрической активности мозга называется ЭЭГ (электроэнцефалограф).
Каждый из миллиарда нейронов "выплевывает" химическое вещество, запускающее соседние нейроны. У разных нейронов и химическое вещество разное. Эти вещества считаются "передатчиками" и называются адреналин, норадреналин, дофамин. Уж очень просто, да? Ну, не совсем. Даже в этой упрощенной модели все гораздо сложнее.
Наш мозг - один большой компьютер?
Наш мозг - большой телефонный коммутатор (из-за множества соединений и контактов) или это большой компьютер с режимами вкл/выкл (соответственно компьютерным ноликам и единичкам)? Ни то, ни другое.
Попробуем взглянуть на мозг, используя другую модель. Сравним его с оркестром. Оркестр состоит из разных музыкальных инструментов. Ударные инструменты, струнные, духовые и т.д. У каждого своя работа и в то же время, он должен гармонично звучать вместе с другими. А управляет ими всеми дирижер. По взмаху дирижерской палочки все члены оркестра вступают одновременно и на одной и той же ноте. Если ударник недостаточно репетировал, он испортит игру остальных. Бывают моменты, когда кажется, что общее звучание музыки, "выключено" или она исполняется плохо. Пожалуй, эта модель лучше поможет представить работу мозга. Мы привыкли к стереотипному сравнению мозга с одним компьютером, но на самом деле он как миллионы маленьких компьютеров, работающих слаженно вместе.
Как мозг получает и передает информацию
Как мозг получает информацию? Большая часть информации поступает через спинной мозг в основание головного. Представьте, что спинной мозг - это толстый телефонный кабель, связывающий тысячи линий. Если перерезать этот кабель, человек потеряет чувствительность тела и способность двигаться. Информация поступающая, ИСХОДЯЩАЯ из головного мозга дает команды частям тела (рукам и ногам). ВХОДЯЩЕЙ информации очень много и она бывает разная (жарко, холодно, боль , смешанные ощущения , и т.д.). Зрение и слух не проходят через спинной мозг, а поступают непосредственно в головной. Этим объясняется способность парализованного человека (лишенного возможности двигать руками и ногами) слышать и видеть.
Информация из спинного мозга поступает в центр головного. Она разветвляется, как дерево и проходит к поверхности мозга. Поверхность головного мозга серая, благодаря цвету клеток (поэтому ее часто называют серым веществом). Отростки нейронов или аксионы имеют белую поверхность (их называют белым веществом).
Два мозга - левое и правое полушария
У нас по два глаза , две руки и ноги , почему бы не иметь два мозга? Наш мозг разделен на две половины - правое и левое полушария. Работа, которую выполняет правое полушарие, отличается от работы левого. Правое полушарие занято визуальной деятельностью и играет важную роль в соединении вещей. Например, оно принимает визуальную информацию, соединяет и перерабатывает ее и говорит: "я это узнаю - это стул " или "это машина ", или "это дом ". Оно организует и группирует информацию. Левое полушарие больше является аналитической частью; оно анализирует информацию, собранную правым. Оно берет информацию из правого полушария и превращает ее в языковую форму. В то время, как правое полушарие "видит" дом, левое говорит: "А, я знаю, чей это дом, это дом дядюшки Боба ".
Что же происходит, если одна часть мозга повреждена? Люди , у которых травмирована правая часть мозга, "не соединяют вещи вместе" и не могут перерабатывать информацию. У них часто развивается "синдром отрицания", и они утверждают, что с ними "все в порядке". Приведем такой пример: у человека повреждено правое полушарие - задний его отдел, отвечающий за визуальную информацию - и он теряет частично зрение. Поскольку деятельность правого полушария нарушена, мозг не способен "собирать" информацию, и не понимает, что чего-то не хватает. В сущности, человек слеп на один глаз , но не сознает этого. И что самое страшное, он все еще управлял автомобилем и въехал на нем в офис врача. После ознакомления с результатами тестов, которые врач провел с ним , доктор спросил: "У вас много вмятин на левой стороне Вашего автомобиля?" Пациент был поражен, что каким-то таинственным способом врач знал об этом, не видя его автомобиль. Увы, пришлось убедить его не ездить до выздоровления . Но вы теперь наглядно видите, как правое полушарие обрабатывает и соединяет информацию.
Левое полушарие мозга отвечает за язык и анализ информации, поступающей в мозг. Если нарушено левое полушарие мозга, человек сознает, что что-то не в порядке (правое полушарие делает свою работу), но не в состоянии решать сложные задачи или справляться со сложной деятельностью. Люди с поврежденным левым полушарием более подвержены депрессии, у них возникают организационные проблемы и проблемы с речью.
Зрение - как мы видим
От глаз информация поступает в затылочный отдел мозга. Нам всем знакомо явление, когда при ударе по голове "звезды из глаз сыплются". Такое точно происходит (поверьте мне на слово, экспериментов в домашних условиях ставить не надо). При сильном ударе по затылку, эта часть мозга ударяется о череп , что стимулирует мозг и человек видит звезды или вспышки света. Помните про два полушария? Каждое полушарие обрабатывает половину визуальной информации. То, что мы видим слева, перерабатывает правое полушарие. Информация справа обрабатывается левым полушарием. Провода, по которым информация попадает в мозг "пересекаются" - визуальная информация слева идет в правое полушарие.
Движение
Область мозга, контролирующая движение, располагается в узкой полосе, проходящей от макушки головы прямо к тому месту, где находится ухо . Она называется моторная полоска. Если она повреждена, человек не может контролировать половину своего тела. При повреждении левого полушария перестанет работать правая часть тела. При повреждении правого полушария в этой области левая сторона тела прекращает работать (не забывайте, у нас две половины мозга). Вот почему одна часть лица может быть неподвижной, если человек перенес удар.
Язык и речь
95% людей на земле праворукие, это означает, что у них доминирует левое полушарие. У левшей доминирующее полушарие правое. У правшей способность понимать и язык и выражать мысли находится в левой височной доле. Если взять металлический электрод, зарядить его немного и поместить его у начала левой височной доли, то человек скажет: "эй, я слышу звук ". Если передвинуть электрод к более сложной части доли, то человек разберет произнесенное слово. Если продолжать двигать его к еще более сложной части, можно различить знакомый голос : "О, да это голос дядюшки Боба ". У нас есть простые зоны в лобной доле, которые отвечают за звуки и другие зоны, воспринимающие более сложную информацию на слух.
Правая височная доля тоже отвечает за слух. Однако, при этом ее задача перерабатывать музыкальную информацию и помогать идентифицировать шумы. Если эта область повреждена, человек не различает музыки и не может петь. Поскольку мы думаем и выражаем мысли посредством языка, функционирование левой височной доли изо дня в день нам важнее.
Имеется пограничная зона , где область слуха и область зрения взаимодействуют. Это та область, с помощью которой мы читаем. Мы берем визуальные образы и трансформируем их в звуки. Если этот отдел мозга поврежден или не был развит должным образом в детстве, у человека развивается дислексия. Люди с дислексией могут видеть буквы перевернутыми или не понимать значения написанных слов.
Чувствительность кожи
Если какая-нибудь муха сядет вам на левую руку, эта информация мгновенно будет передана в правый отдел мозга, в ту часть, что расположена рядом с отделом мозга, отвечающим за движение . Тактильная область мозга имеет дело с физическими ощущениями. Движения и ощущения тесно связаны, так что отделы мозга, за них отвечающие, не зря расположены рядом. Поскольку в нашем мозгу движение и ощущения рядом, то понятно, почему люди теряют способность движения и чувствительность в какой-либо части тела при повреждении этой области мозга. Запомните - тактильные ощущения левой стороны тела передаются в правую часть мозга, как и при движении и зрении.
Лобная доля - планирование, организация, контроль
Самый большой и наиболее развитый отдел головного мозга - лобная доля. (Она называется лобной , потому что располагается в передней части мозга.) Одна из задач лобной доли - планирование. Вы, возможно, слышали о "фронтальной лоботомии". В начале века такую операцию делали крайне агрессивным и жестоким людям или слишком возбудимым психическим больным. Хирургическим путем этот отдел мозга повреждали. После такой операции человек становился пассивным и не таким жестоким. Поначалу это воспринималось как великое научное достижение. Нейрохирургия оказалась способной решать такие поведенческие проблемы как насилие. Но вся беда была в том, что больные после операции прекращали делать и многое другое. Они больше не могли делать привычные повседневные дела и обслуживать себя. Они просто сидели безучастно. При травмах головы, ведущих к повреждению лобной доли мозга, человек теряет способность выполнять многоступенчатые задачи (например, ремонтировать машину, готовить еду). Он не может планировать действия.
Организация - это тоже задача лобной доли. Когда мы что-то делаем, мы сначала выполняем шаг А, затем шаг В, потом шаг С. Мы выполняем действия последовательно, по порядку. Такой организацией и занимается лобная доля мозга. При травме лобной доли эта способность к последовательности и организации нарушается. Типичный пример - когда люди во время приготовления еды пропускают какой-либо шаг в последовательности действий. Они забывают добавить важный ингредиент или выключить плиту. На их счету много сожженных кастрюль и сковородок.
Кроме всего сказанного, лобная доля играет важную роль в контроле эмоций. Секторы контроля эмоций лежат глубоко в центре мозга. Это первичные эмоции - голод , агрессия , сексуальное возбуждение. Эти отделы посылают сигналы "делай что-нибудь". Если ты взбешен, дай кому-нибудь по шее. Если голоден, съешь чего-нибудь. Лобная доля "управляет" эмоциями. Простыми словами, у нее есть функции НЕТ или СТОП. Если ваши эмоции подстегивают вас врезать своему начальнику, то именно лобная доля заботливо удерживает вас "СТОП или ты лишишься работы. Если кто-то говорит: "Я завожусь с пол-оборота и зверею ", это означает, что лобная доля не срабатывает, чтобы выключить эмоциональную систему.
С другой стороны, мы обсуждали выше, как лобная доля планирует деятельность. Но иногда некоторые типы эмоций оказываются сильнее и опережают мысль. Например, сексуальное влечение предполагает определенный уровень воображения, планирования и подготовки. Без этого интерес падает. А гнев , наоборот, опережает обдумывание действий. Иногда говорят: "Травма на него положительно повлияла, он теперь спокойнее ". Но если вдуматься, это означает "он больше не такой активный ". Запомните, лобная доля планирует наши действия и контролирует эмоции.
Доктор Глен Джонсон, клинический нейропсихолог
Правда ли, что мозг задействуется нами только на 10%?
Существует мнение, что человеческий мозг задействуется нами только на 10%. Вероятно, именно поэтому человек не может придумать, как его развить на 100%. Вопрос: почему тогда так устроен мозг и как всё таки можно заставить его работать на все сто?
Миф о работе мозга
Это неправда! Утверждение о том, что человеческий мозг работает на 10% (5%, 3%), — это старый, абсолютно неверный и совершенно неубиваемый миф. Разберемся, откуда он взялся. В середине прошлого века было совершенно непонятно, как мыслит человек (сейчас это тоже непонятно, но уже на другом уровне). Но кое-что было известно — например, что мозг состоит из нейронов и что нейроны могут генерировать электрические сигналы .
Некоторые ученые тогда считали, что если нейрон генерирует импульс, то он работает, а если не генерирует — значит, «ленится». И вот кому-то пришла в голову мысль проверить: какое количество нейронов в целом мозге «трудится», а какое — «бьет баклуши»? Нейронов в мозге несколько миллиардов, и было бы чистым безумием измерять активность каждого из них — это заняло бы много лет. Поэтому вместо того, чтобы изучать все нейроны подряд, ученые исследовали только небольшую часть, определили среди них процент активных и предположили, что по всему мозгу этот процент одинаков (такое предположение называется экстраполяцией).
И оказалось, что «работает», то есть генерирует импульсы, только неприлично малый процент нейронов, а остальные — «молчат». Из этого был сделан немного прямолинейный вывод: молчащие нейроны — бездельники, а мозг работает только на малую часть своих возможностей. Вывод этот был абсолютно неправильный, но поскольку в то время было принято «исправлять природу», например, поворачивать реки вспять, орошать пустыни и осушать моря, то идея о том, что и работу мозга тоже можно улучшить, прижилась и начала свое победное шествие по газетным страницам и журнальным разворотам. Даже и сейчас что-то подобное иногда встречается в желтой прессе.
Как примерно работает мозг
Как же всё обстоит на самом деле. Мозг человека — структура сложная, многоуровневая, высокоорганизованная. То, что написано ниже, — очень упрощенная картинка.
В мозге есть множество областей. Некоторые из них называются сенсорными — туда поступает информация о том, что мы ощущаем (ну, скажем, прикосновение к ладони). Другие области — моторные, они управляют нашими движениями. Третьи — когнитивные, именно благодаря им мы можем мыслить. Четвертые отвечают за наши эмоции. И так далее.
Почему же в мозге не включаются одновременно все нейроны? Да очень просто. Когда мы не ходим, то неактивны нейроны, запускающие процесс ходьбы. Когда молчим, «молчат» нейроны, управляющие речью. Когда ничего не слышим, не возбуждаются нейроны, отвечающие за слух. Когда не испытываем страх, не работают «нейроны страха». Иными словами, если нейроны в данный момент не нужны — они неактивны. И это прекрасно. Потому что если бы это было не так... Представим на секунду, что мы можем возбудить одновременно ВСЕ наши нейроны (больше секунды такого издевательства наш организм просто не вынесет).
Мы сразу начнем страдать от галлюцинаций, потому что сенсорные нейроны заставят нас
испытывать абсолютно все возможные ощущения. Одновременно моторные нейроны запустят все движения, на которые мы только способны. А когнитивные нейроны... Мышление — настолько сложная штука, что вряд ли на этой планете найдется хоть один человек, который сможет сказать, что случится, если одновременно возбудить все когнитивные нейроны. Но предположим для простоты, что тогда мы начнем думать одновременно все возможные мысли. И еще мы будем испытывать все возможные эмоции. И многое еще произойдет, о чём я не буду писать, потому что здесь просто не хватит места.
Посмотрим теперь со стороны на это существо, страдающее от галлюцинаций, дергающееся от конвульсий, одновременно чувствующее радость, ужас и ярость. Не очень-то оно похоже на создание, улучшившее свой мозг до стопроцентной эффективности! Наоборот. Лишняя активность мозгу не на пользу, а только во вред. Когда мы едим, нам не нужно бегать, когда сидим у компьютера — не нужно петь, а если во время решения задачи по математике думать не только о ней, но и о птичках за окном, то вряд ли эта задача решится. Для того чтобы мыслить, мало ДУМАТЬ о чём-то, надо еще НЕ ДУМАТЬ обо всём остальном. Важно не только возбуждение «нужных» нейронов, но и торможение «ненужных». Необходим баланс между возбуждением и торможением. И нарушение этого баланса может привести к очень печальным последствиям.
Например, тяжелая болезнь эпилепсия, при которой человек страдает от судорожных припадков, возникает тогда, когда возбуждение в мозге «перевешивает» торможение. Из-за этого во время припадка активизируются даже те нейроны, которые в эту секунду должны молчать; они передают возбуждение на следующие нейроны, те — на следующие, и по мозгу идет сплошная волна возбуждения. Когда эта волна доходит до моторных нейронов, они посылают сигналы к мышцам, те сокращаются, и у человека начинаются судороги. Что больной при этом ощущает, сказать невозможно, поскольку на время припадка у человека пропадает память.
Как всё-таки заставить мозг работать эффективнее
Надеюсь, вы уже поняли, что пытаться заставить мозг работать лучше, возбуждая все нейроны подряд, — дело бесперспективное, да еще и опасное. Тем не менее можно «натренировать» мозг, чтобы он работал эффективнее.
Начать придется издалека. Когда рождается маленький ребенок, количество нейронов в его мозге даже больше, чем у взрослого. Но связей между этими нейронами еще почти нет, и поэтому новорожденный человечек еще не в состоянии правильно использовать свой мозг — например, он практически не умеет ни видеть, ни слышать. Нейроны его сетчатки, даже если они чувствуют свет, не образовали еще связей с другими нейронами, чтобы передать информацию дальше, в кору больших полушарий. То есть глаз видит свет, но мозг не в состоянии понять это. Постепенно необходимые связи образуются, и в конце концов ребенок учится различать вначале просто свет, потом — силуэты простых предметов, цвета и так далее. Чем больше разнообразных вещей ребенок видит, тем больше связей образуют его зрительные пути и тем лучше работает та часть его мозга, которая связана со зрением. Но самое удивительное не это, а то, что такие связи могут образовываться почти исключительно в детстве. И поэтому если ребенок по какой-то причине не может ничего видеть в раннем возрасте (скажем, у него врожденная катаракта ), то необходимые нейронные связи в его мозге уже никогда не образуются, и человек не научится видеть. Даже если во взрослом возрасте у этого человека прооперировать катаракту, он всё равно останется слепым. Проводились довольно жестокие опыты на котятах, которым в новорожденном состоянии зашивали глаза. Котята вырастали, так ни разу ничего и не увидев; после этого им уже во взрослом возрасте снимали швы. Глаза у них были здоровые, глаза видели свет — но животные оставались слепыми. Не научившись видеть в детстве, они уже не способны были сделать это во взрослом возрасте. То есть существует какой-то критический период, в который образуются нейронные связи, необходимые для развития зрения, и если мозг не научится видеть в этот период, он уже не научится этому никогда. То же относится и к слуху, и, в меньшей степени, к другим человеческим способностям и умениям — обонянию, осязанию и вкусу, способности говорить и читать, играть на музыкальных инструментах, ориентироваться в природе и так далее. Яркий тому пример — «дети Маугли», которые потерялись в раннем детстве и были воспитаны дикими животными. Во взрослом возрасте они так и не могут освоить человеческую речь, поскольку не тренировали у себя в детстве это умение. Зато они способны ориентироваться в лесу так, как не сможет ни один человек, выросший в цивилизованных условиях.
И еще. Никогда не знаешь, в какой момент «выстрелит» какое-то умение, приобретенное в детстве. Например, человеку, который в детстве активно тренировал мелкую моторику рук, занимаясь рисованием, лепкой, рукоделием, будет легче стать хирургом, проводящим филигранные, точные операции, в которых нельзя допустить ни одного неправильного движения. Иными словами, если что и может заставить мозг работать лучше, то это — тренировка, причем тренировка с самого детства. Чем больше мозг работает, тем лучше он работает, и наоборот — чем меньше его нагружать, тем хуже он будет функционировать. И чем мозг младше, тем он более «гибкий» и восприимчивый. Именно поэтому в школах учат маленьких детей, а не взрослых дяденек и тетенек. Именно поэтому дети гораздо быстрее взрослых умеют приспосабливаться к новым ситуациям (например, осваивают компьютерную грамоту или учат иностранные языки). Именно поэтому тренировать свой интеллект надо с самого детства. И если вы будете это делать, то ничто не помешает вам сделать великие открытия. Например, о том, как работает мозг.
Лекцию «Мифы и реалии мозга человека: нейроинтерфейсы, искусственный интеллект, киборги и симбиоты», в которой рассказал про работу мозга и поделился мыслями о будущем взаимодействия человека и машин.
Кадр из кинофильма «Джонни Мнемоник»
Вокруг мозга и интеллекта много мифов, которые в перспективе могут стать устойчивым знанием. Наша работа сосредоточена на том, чтобы развеять эти мифы , - Александр Каплан
Из чего состоит человеческий мозг?
Это 86 миллиардов нервных клеток. Для понимания их работы важнее изучить не сами клетки, а их контакты друг с другом - каждая нервная клетка мозга (нейрон) имеет 10-15 тысяч контактов с другими клетками. Это миллион миллиардов операциональных единиц. Наш мозг управляет 640 мышцами и 360 суставами.
Например, 1 шаг - это работа 300 мышц, а поцелуй - 34.
Наш мозг особо не изменился по сравнению с кроманьонцами. Наш мозг уникален тем, что он не меняет свою структуру под внешние условия, а изменяет окружающую среду под себя.
86 миллиардов - это много или мало?
86 миллиардов нейронов - это очень много. У таких сравнительно умных животных, как обезьяна и дельфин - по 6-8 миллиардов нервных клеток. Настоящий рекордсмен - это слон; в его мозгу 250 млрд нейронов.
Почему слон не пишет музыку и не летает в космос, если у него так много нервных клеток? Дело в том, что у слона почти все нейроны размещены в мозжечке . Слон - очень крупное животное, ему нужно координировать огромное количество мышц, чтобы двигаться. Мозжечок как раз отвечает за координацию движений.
Как учёные считают количество нервных клеток?
Откуда мы знаем про то, сколько нервных клеток в мозге живых организмов? Все эти подсчёты сделала Сюзанна Херкулано-Хузел , профессор нейроанатомии из Рио-де-Жанейро (Бразилия). Результаты своего исследования она опубликовала в 2009 году.
Сюзанна брала мёртвый мозг и взбивала его в блендере, пока не получала что-то вроде смузи. Ядра клеток довольно прочные, поэтому они не пострадали от механического воздействия лезвий. Измерив количество нервных клеток на единицу объёма мозгового смузи, Сюзанна смогла посчитать примерное количество нейронов в мозгу человека, слона или дельфина.
Джонс - наркозависимый бывший военный дельфин из фильма «Джонни Мнемоник». Развитый интеллект этого дельфина позволял животному взламывать системы безопасности противника.
Как мы видим то, что мы видим?
Наши глаза - настоящее природное чудо. Свет фокусируется и попадает на дно глазного яблока, на котором располагаются примерно 120 миллионов светочувствительных «колбочек ». Нервные клетки возбуждаются и отправляют по нервному каналу электрический разряд, попадающий в заднюю часть мозга. Но эти разряды не несут в себе никаких изображений, как в компьютере. После того, как отдел мозга получает электрический разряд от «колбочек», происходит реконструкция изображения.
На основании прошлого опыта. Здесь есть опасность, что мы можем обмануться в том, насколько соответствуют наши внутренние психические образы реальным.
Что такое красный цвет? Откуда мы вообще знаем, что красный - это красный, а зелёный - это зелёный? Цвет является результатом общественного договора. Большинство людей считают так.
Наша внутренняя психическая модель образа зависит от общественного мнения.
На протяжении всей жизни мы выстраиваем модель окружающего нас мира. Эта модель невероятно сложна. В ней мы учитываем даже физические законы, иначе мы бы не могли предсказать самим себе, как полетит мяч, например. Мы подгоняем реальность под нашу индивидуальную модель мира, и картина мира в мозгу достраивается постоянно.
Кадр из кинофильма «Матрица». Мир «Матрицы» является нейроинтерактивной моделью Земли конца XX века. Можно сказать, что принципы моделирования окружающего мира мозгом человека перешли и в Матрицу.
Наш мозг испытывает потребность в достраивании этой модели. Это желание побуждает нас изучать мир вокруг. Наша ментальная модель напрямую зависит от опыта.
Какой у нас объём памяти?
Трейлер к видеоигре Deus Ex: Mankind Divided показывает будущее, в котором люди массово пользуются различными улучшениями для тела. Такими, как многофункциональные протезы конечностей, имплантаты и многое другое.