Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Айзек Азимов

Организм менее чувствителен к более низким по сравнению с нормой температурам, то есть к гипотермин. Людей, попавших в снежные лавины, удавалось вернуть к жизни после сильного переохлаждения, когда температура их тела снижалась до 60 градусов по Фаренгейту. Снижение температуры уменьшает скорость протекания биохимических реакций в организме, то есть снижает скорость обмена веществ. При температуре 60 градусов по Фаренгейту скорость обмена веществ составляет только 15 % от нормальной.

Факт, что многие теплокровные в обычных условиях животные, такие, как медведи и сони, реагируют на холод резким снижением уровня работы гипоталамического термостата. Все замедляется. Частота сердечных сокращений падает до нескольких ударов в минуту. Дыхание тоже становится редким и поверхностным. Жировых запасов оказывается достаточно, чтобы продержаться всю зиму. Человек лишен такой способности к зимней спячке, и если температура его тела снижается ниже 60 градусов по Фаренгейту, то наступает смерть из-за дезорганизации координированной работы сердечной мышцы. Тем не менее, бывают такие положения, когда гипотермия полезна, особенно когда проводятся операции на самом сердце. С помощью достаточного снижения скорости обмена веществ (но не слишком выраженного) деятельность сердца замедляется и с ним можно без вреда манипулировать в течение довольно длительных промежутков времени.

Температуру человеческого тела можно снизить грубыми методами, например положив находящегося в наркозе человека в ледяную воду или обернув одеялом, по которому циркулирует охлаждающий раствор. Более мягко можно сделать это, привлекая к снижению температуры сам гипоталамус. Для этого кровь извлекают из артерии, пропускают по системе охлаждающих трубок и возвращают в артерию. Если кровь брать из сонной артерии и туда же ее возвращать, то охлаждается непосредственно сам головной мозг. Гипоталамус замораживается и перестает действовать. После этого легче снизить температуру тела. Более того, головной мозг переносит более низкую температуру, чем остальные органы. Уменьшение уровня обмена веществ в мозгу резко снижает потребность его в кислороде. Именно потребности головного мозга в кислороде и питательных веществах ограничивают время операций, для проведения которых требуется на время выключить кровообращение. В этих условиях операции на сердце можно проводить в течение четырнадцати минут, не причиняя вреда организму.

Участок гипоталамуса, расположенный в его центре, регулирует аппетит, так же как термостат регулирует теплообмен с окружающей средой. По аналогии, этот контролирующий аппетит центр может быть назван аппестатом. Существование аппестат было открыто после того, как животные, которым удаляли определенную область гипоталамуса, начинали прожорливо есть и становились гротескно ожиревшими. Оказалось, что в то время как термостат воспринимает температуру протекающей через него крови, аппестат определяет уровень глюкозы протекающей через него крови. Когда по прошествии какого-то периода голодания уровень глюкозы в крови падает ниже некоторого ключевого уровня, включается, если можно так выразиться, аппетит, и человек начинает есть, если в его распоряжении есть еда. Когда уровень глюкозы восстанавливается, аппетит выключается. Средний человек может есть, будучи голодным, и не есть, не будучи голодным. Таким образом, можно поддерживать разумный вес и не думать о том, как это делается.

Есть люди, и их не так уж мало, которые поддерживают свой вес на уровне выше нормального и оптимального для поддержания доброго здоровья. В обыденной речи таких людей называют обжорами, и несколько романтическое объяснение этого факта заключается в том, что они страдают каким-то психическим расстройством, которое и заставляет их переедать. Между этими двумя крайностями лежит разумное физиологическое объяснение, которое заключается в том, что у этих людей аппестат настроен на слишком высокий уровень, поэтому чувство голода у них возникает после еды быстрее и держится дольше. Недавние исследования этого вопроса позволяют предположить, что существует два центра, контролирующие аппетит. Один — «центр питания» и другой — центр насыщения. Первый включает аппетит, второй выключает. Считается, что при ожирении и переедании страдает именно второй центр. Возможно, однако, что ожиревшие люди не испытывают настоящего голода, но лишь психологическую потребность постоянно что-то жевать, то есть имеют привычку, которую многие люди считают не нужной и даже безвкусной.

И наконец, в гипоталамусе есть область, которая регулирует цикл сна и бодрствования. У людей этот цикл имеет продолжительность около двадцати четырех часов, что отражает цикл вращения Земли вокруг своей оси и суточный цикл смены светлого и темного времени суток. Современные воздушные путешествия с пересечением часовых поясов смещают цикл и приводят к нарушениям регулярности питания, сна и физиологических отправлений. Во время сна человек впадает в некое подобие зимней спячки. Уровень обмена веществ падает на 15 % ниже самого низкого уровня, характерного для бодрствования. Замедляется частота сердечных сокращений, снижается артериальное давление, и расслабляются скелетные мышцы.

У разных людей отмечается разная потребность во сне, но у всех людей потребность в нем снижается с возрастом. В первый период жизни после родов ребенок спит все время, когда он не ест. Дети, как правило, спят 10 — 12 часов в сутки, взрослые от 6 до 9 часов.

Целью сна, и это скажет, видимо, каждый, является восстановление сил после трудового дня, однако есть органы, которые работают день и ночь, не испытывая никакой потребности в ночном отдыхе и не проявляющие никаких признаков усталости или изношенности. Если человека насильно лишить возможности спать, то ни один орган не выходит из строя и не проявляет никаких признаков патологии, за исключением головного мозга. Очевидно, депривация сна вызывает распространенные нарушения координированной работы центральной нервной системы, при этом могут развиться галлюцинации и другие симптомы ментальных расстройств. Отсутствие сна убивает быстрее, чем отсутствие пищи.

Наступление сна, возможно, определяется деятельностью какого-то участка гипоталамуса, потому что разрушение некоторых его частей приводит к развитию сноподобного состояния у экспериментальных животных. Точный механизм, с помощью которого гипоталамус выполняет свои функции, точно не известен. Одна из теорий гласит, что гипоталамус посылает сигналы в кору головного мозга, которая направляет в ответ сигналы, которые взаимно активируют друг друга. При продолжительном бодрствовании координация двух сигнальных систем нарушается, осцилляции начинают терять амплитуду и наступает сон. Когда же координация восстанавливается, то наступает пробуждение, даже в отсутствие насильственного стимула (громкого шума, толчка в плечо).

Ретикулярная активирующая формация, которая фильтрует поступающие в мозг сенсорные данные, также вовлечена в механизм пробуждения, поскольку при блокировании прохождения стимулов наступает сон, а пропускание стимула приводит к пробуждению, и, что еще важнее, в бодрствующем состоянии поддерживается ясное сознание. Таким образом, речь в данном случае идет об активирующей системе. Почему она ретикулярная, станет ясно немного позже.

Работы ретикулярной активирующей системы и взаимной стимуляции коры и гипоталамуса может оказаться недостаточно для поддержания бодрствования при отсутствии других различных стимулов, поступающих в кору головного мозга. При однообразном скучном окружении человек может незаметно уснуть, а фиксация взгляда на однообразно" качающийся или блестящий предмет может погрузить человека в транс, который хорошо знаком всем, кто хотя бы раз присутствовал на гипнотическом сеансе. Обычно мы убаюкиваем детей медленными ритмичными покачиваниями. С другой стороны, если стимулы слишком сильны, то отсутствие сигнализации в кору со стороны гипоталамуса оказывается недостаточным для засыпания. Необычно сильные стимулы могут происходить извне, например на веселой вечеринке, или изнутри, например когда кора поглощена заботами, проистекающими от беспокойства, тревоги, или гнева. В последнем случае сон может не наступить, даже если убрать все посторонние раздражители (то есть выключить свет, лечь в мягкую удобную кровать и т. д.). Такая бессонница может привести страдающего ею человека в полное отчаяние.

Есть болезнь, которая проявляется воспалением тканей мозга (энцефалит). Эта болезнь может стать причиной постоянной сонливости. Один из видов энцефалита так и называется — летаргический энцефалит. Это заболевание обычно называют сонной болезнью, при этом летаргия (от греческого слова «забытье») может постепенно перейти в длительную кому. В самых тяжелых случаях больной может пребывать в коме несколько лет, притом что за ним будут ухаживать, обеспечивая все его насущные потребности.