Загадки мироздания - Айзек Азимов

Сложилось общее мнение о том, что ученым, занимающимся физическими науками, совершенно нечего делать рядом с лежащим на психоаналитической кушетке душевно расстроенным человеком. Для того чтобы подвергнуть сложнейшее явление человеческого мышления изучению с помощью холодных, материальных инструментов науки, требовался особый героизм. Казалось, что любой Георгий Победоносец, который с линейкой и микроскопом в руках отважится бросить вызов огнедышащему змею биохимии мозга, заранее обречен на поражение.

Тем не менее мозг, как и весь прочий организм, тоже состоит из атомов и молекул. Молекулы, содержащиеся в клетках организма, а особенно — мозга столь разнообразны и изменчивы, что уловить все тонкости их крайне быстрого взаимодействия между собой мы пока не в состоянии. Однако сам факт наличия этой сложной мешанины обнадеживает, — по крайней мере, биохимия мозга кажется достаточно сложной, чтобы действительно управлять всем практически бесконечным разнообразием того, что мы называем мыслью.

Сейчас человек приступил к решению этой сложной задачи с помощью новых технологий, и каждый день приносит нам сногсшибательные новости в области биохимии и физиологии мозга. Данные излучаемых мозгом волн анализируются с помощью компьютеров с невиданной доселе полнотой. Более глубокое понимание природы нуклеиновых кислот в свете рассмотрения механизмов наследственности позволило обрести потрясающие знания о работе памяти (подробнее я еще вернусь к этому моменту в главе 2).

Эти новые знания позволяют разрабатывать и выпускать новые химические препараты, оказывающие подчас огромное влияние на работу мозга, что, в свою очередь, еще больше помогает прояснить механизмы этой работы. Последняя из подобных химических технологий вызвала огромный резонанс — ведь с ее помощью была получена, в частности, ЛСД, совершенно новый вид наркотика.

Все эти достижения, позволяющие влиять на тонкие и сложные функции мозга — память, восприятие, рассудок, — появились не на пустом месте. Им предшествовала работа на протяжении почти что целого века над менее сложными аспектами мозговой деятельности. Нервная система, конечно, представляет собой крайне сложное единое целое практически на всех уровнях, но все же в некоторых отношениях удается вычленить некое постепенное возрастание сложности снизу вверх. И именно это ее свойство помогало ученым постепенно продвигаться в своем познании, пока наконец-то сейчас они не оказались в состоянии работать с механизмами нервной системы, действуя на все уровни взаимосвязанным образом.

Ниже головного мозга находится спинной — это узкая масса нервной ткани примерно полметра длиной, проходящая внутри позвоночника. Именно спинной мозг является центром переключения многих наших базовых рефлексов. Дотроньтесь до горячего предмета, и обжигающее ощущение дойдет сначала до позвоночника, а затем преобразуется в нем в исходящий нервный импульс, ответственный за быстрое отдергивание пальца. Палец отдернется гораздо быстрее, чем вы успеете сообразить, что горячо.

Конечно, ни в коем случае не стоит думать, что все рефлексы работают только за счет одного лишь спинного мозга. Спинной мозг имеет множество нервных связей с самыми различными отделами головного мозга, образуя с ним единое неразрывное целое. Однако именно описанное рефлекторное действие ученые смогли осознать раньше других, и я намеренно упрощаю в данном случае картину, чтобы приблизиться ко всей ее полноте в исторической перспективе.

Верхний конец спинного мозга расширяется до medulla oblongata — продолговатого мозга, который входит в группу стволовых структур мозга, или, короче говоря, в ствол мозга. На стволе мозга сверху восседает и сам головной мозг, похожий на большой сморщенный плод. Стволовые структуры обрабатывают вещи чуть посложнее простых рефлексов. В частности, это важный центр контроля нашего равновесия в стоячем положении.

Дело в том, что когда мы стоим, то мышцы наших ног и спины активно работают, чтобы не дать нам упасть, несмотря на воздействие силы тяжести. Чтобы эта работа была не только активной, но и эффективной, требуется постоянно четко рассчитываемое взаимодействие всех мышц. Нельзя, чтобы одна группа мышц напрягалась больше другой — в таком случае группа мышц-антагонистов должна немедленно компенсировать возникший дисбаланс. Как правило, мы не осознаем всей этой работы, но если простоять достаточно долго, нарастает вполне ощутимая усталость, а если человек потеряет сознание стоя, то мышцы его расслабятся и он мгновенно рухнет на землю.

Если бы управление мышцами для поддержания тела в равновесии приходилось продумывать сознательно, то больше времени нам бы ни для чего не осталось. Однако стволовые структуры мозга выполняют всю эту работу сами, не доводя ее до нашего сознания. Человек продолжает стоять и не падает, даже будучи всецело поглощенным своими мыслями, главное — чтобы он в этот момент не спал или не находился без сознания.

Выше ствола мозга находятся два крупных тела со сморщенной поверхностью, оба разделенные примерно пополам. Большее из них называется собственно мозгом, а меньшее — мозжечком.

Мозжечок находится на ступеньку ниже мозга. Он производит более сложную работу, чем поддержание равновесия в неподвижном состоянии, — он рассчитывает взаимодействие мышц для поддержания равновесия в движении. Ведь как мы ходим? Мы поднимаем одну ногу, временно теряя равновесие, падаем вперед и тут же подставляем на место падения ногу, причем точно таким образом, чтобы она касалась земли ровно тогда, когда тело вновь обретает в таком случае равновесие. Если же мы, скажем, протянем руку, чтобы взять карандаш, то рука наша сначала будет двигаться быстро, перед самым карандашом — замедлится, а в момент касания карандаша — вообще остановится.

Работа таких сложных механизмов невозможна без обратной связи. Мы должны либо видеть, либо каким-то иным способом получать информацию о движениях той или иной части нашего тела, оценивать расстояние до цели, скорость и направление движения — и все это делать, непрерывно исходя из положения в каждый конкретный момент времени. За все это отвечает мозжечок. Он выполняет свою работу тоже автоматически, и если нам надо взять карандаш — мы просто берем его, не имея никакого представления о всей сложности только что выполненной задачи. А вот больные церебральным параличом такой обратной связи не получают, поэтому они не способны выполнить простейшее физическое задание, не промахнувшись несколько раз.

На основе получаемой от органов ощущений входящей информации в мозгу должны происходить химические изменения, которые, в свою очередь, порождают нервные импульсы, приводящие к соответствующим ответным реакциям мышц. Подробности этих химических изменений нам пока неизвестны.

Перейдя к мозгу, мы увидим, что теперь химия приобретает для нас еще большее значение. Например, в нижней части мозга находится участок, именуемый гипоталамусом, служащий, помимо прочего, термостатом организма. Постоянная температура поддерживается в организме путем постоянной легкой вибрации мышц со скоростью от семи до тринадцати раз в секунду — этот факт был открыт в 1962 году. Гипоталамус ощущает температуру проходящей сквозь него крови. Если эта температура слишком высока, то скорость вибрации снижается. Это один из способов регулирования температуры тела в условиях резких изменений температуры окружающей среды.

Кроме того, гипоталамус определяет концентрацию воды в крови и с помощью близлежащей железы, гипофиза, соответствующим образом корректирует работу почек. Если кровь слишком разжижена, из нее устраняется больше воды, если слишком густа, то процесс устранения из нее воды замедляется. Гипоталамус постоянно отслеживает содержание в крови не только воды, но и сахара. Если оно слишком сильно падает, то гипоталамус запускает ощущение голода (см. главу 3).

Здесь мы имеем дело с более четким примером прямого химического регулирования. На небольшие (и потому еще безвредные) изменения химического состава крови организм реагирует соответствующими изменениями биохимии, целью которых является предотвращение дальнейших, уже опасных изменений в этом направлении. Таким образом, биохимическое состояние организма постоянно поддерживается в четком равновесии.

Однако сам механизм этот безумно сложен. Все процессы, происходящие в организме, сложным и тонким образом взаимосвязаны, а гипоталамус способен каким-то образом приводить к желаемым изменениям в одной части системы и при этом не навредить другим ее частям. А ведь этого добиться крайне трудно — почти все лекарства, изобретенные человеком, при малейшей неосторожности в применении могут вызывать неприятные побочные эффекты. Гипоталамус же должен действовать совершенно безошибочно, поскольку побочных эффектов его деятельность не вызывает абсолютно никаких.