Зачем изучать мозг и поведение?
а) Жизнь после черепно-мозговой травмы. Фред Линдж (Fred Linge), клинический психолог и специалист в области исследований мозга, написал это через 12 лет после травмы головы:
«За секунду, которой хватило для лобового столкновения, моя жизнь изменилась навсегда: я стал еще одним человеком, пополнившим статистику «тихой эпидемии».
В следующие месяцы моя семья и я многое поняли о том, каково это — жить с травмой головы. Было мучительно осознавать недостаток физических, психических и эмоциональных ресурсов. Я не чувствовал вкуса и запаха. Я был не в состоянии дочитать простейшее предложение, не забыв его начало. Я стал вспыльчивым и мог внезапно взорваться из-за пустяка...
Через два года после травмы я написал небольшую статью «Каково это, жить с поврежденным мозгом?» В этот период я начал общаться с другими людьми, также имевшими повреждения мозга. Я получал огромное количество писем и телефонных звонков, встречался с множеством людей лично.
Все это продолжается и сейчас. Многие боролись так же, как и я, — без диагноза, без возможности что-либо планировать, без реабилитации и, что хуже всего, без надежды... Травма оказала поистине катастрофическое воздействие — я развалился на куски, собрал себя заново и стал совершенно другим человеком — с другими убеждениями, ценностями и жизненными целями» (Linge, 1990).
Ежегодно от 2 до 7 млн человек в США получают черепно-мозговые травмы (ЧМТ), или сотрясения, — повреждения мозга вследствие удара по голове (Kisser et al., 2017). Большинство из этих людей так или иначе оказываются в описанной Линджем ситуации — «без диагноза, без возможности что-либо планировать, без реабилитации и, что хуже всего, без надежды».
ЧМТ и многие другие заболевания мозга, о которых мы расскажем в данных статьях на сайте (все их можно найти через форму поиска по сайту выше), представляют собой основную проблему, с которой сталкиваются специалисты в области нейробиологии и междисциплинарных исследований мозга. В рамках нейронауки изучают не только анатомическое строение мозга, но также химию, физику, процессы переработки информации, воздействие на психологическое состояние, влияние на социальные и экономические факторы, а также заболевания мозга.
Нейронаучные исследования помогают решать описанные Линджем проблемы, в том числе путем улучшения качества диагностики за счет визуализации анатомического строения, биохимических процессов и электрической активности мозга, а также путем реабилитации с применением компьютерного обучения и протезирования. Фреду Линджу пришлось пройти долгий путь. До автомобильной аварии он не задумывался о связи между деятельностью его мозга и поведением. После аварии направил все свои усилия на то, чтобы адаптироваться к повреждению мозга и нарушениям поведения.
Цель статей на сайте — направить читателя на путь понимания связи между мозговой деятельностью и поведением, а также механизмов, позволяющих мозгу управлять поведением. Знания, полученные в результате изучения мозга и поведения, меняют наше представление о самих себе, о том, как мы строим наше обучение и социальные связи, и о том, как можно помочь людям с травмами и заболеваниями мозга.
Цель статей на сайте состоит в том, чтобы описать взаимосвязь мозга и поведения — то, каким образом морфологическая и функциональная организация мозга позволяет ему управлять поведением. Вначале мы рассмотрим идеи, которые легли в основу современного понимания роли мозга в формировании поведения. Затем мы расскажем об эволюции мозга и поведения у разных видов животных, в том числе у человека. В отдельных статьях на сайте мы обсудим несомненную уникальность человеческого мозга.
б) Зачем изучать мозг и поведение? Мозг — это физический объект, живая ткань и орган тела. Поведение — это поддающиеся оценке мимолетные действия. Мозг и поведение сильно различаются, но между ними присутствует взаимосвязь. Они эволюционировали одновременно эволюция мозга повлекла за собой эволюцию поведения и наоборот. Можно назвать три причины, почему изучение мозга неотделимо от изучения поведения.
1. Вопрос о том, как мозг формирует поведение, остается одним из важнейших вопросов. Ученые и студенты изучают мозг, чтобы понять человеческую природу. Лучшее понимание функции мозга позволит улучшить многие аспекты нашей жизни, в том числе систему образования, экономическую и социальную системы.
2. Мозг — самый сложный орган на Земле, он есть у многих групп животных. Исследователи мозга предпринимают попытки понять его роль в биологической системе нашей планеты. В настоящей главе рассмотрены основные функции и эволюция мозга, прежде всего мозга человека.
3. Изучение мозга позволяет нам распознавать и лечить все больше поведенческих расстройств. Более 2000 заболеваний могут быть тем или иным образом связаны с аномалиями мозга. Перечень поведенческих расстройств приведен на внутренней стороне обложки, а описания связи между заболеваниями мозга и поведенческими расстройствами приведены в отдельных статьях на сайте - просим пользоваться формой поиска выше.
Никому из нас не дано предугадать, насколько полезными могут оказаться полученные нами знания о мозге и поведении. Бывший психолог написала нам, что записалась на этот курс, потому что не смогла зарегистрироваться на более ей подходящий. По ее мнению, хотя наш курс был ей интересен, это была «биология, а не психология». Устроившись, после выпуска, работать в социальную службу, она с удивлением обнаружила, что понимание связи между мозговой деятельностью и поведением позволяет ей лучше понимать природу заболеваний ее клиентов и подбирать подходящие методы лечения.
в) Что такое мозг? Словом мозг называют ткани, расположенные внутри черепной коробки, которые составляют отдел нервной системы человека (рис. 1). Как и остальной организм, нервная система человека состоит из клеток. Примерно половину клеток мозга (87 млрд) составляют нейроны — они образуют соединения друг с другом, а также соединяются с мышцами и органами тела с помощью волокон, которые могут распространяться на большое расстояние.
Другую половину клеток мозга (86 млрд) называют глией — такие клетки поддерживают функционирование нейронов. Благодаря связям нейроны могут обмениваться электрическими и химическими сигналами между собой, а также с сенсорными рецепторами, кожей, мышцами и внутренними органами. Большую часть связей между головным мозгом и телом осуществляет спинной мозг — тяж нервной ткани, идущий внутри наших позвонков. От спинного мозга, в свою очередь, отходят нервные волокна, которые иннервируют мышцы и внутренние органы.
К спинному мозгу также подходят нервные волокна, которые идут от расположенных в разных отделах организма сенсорных рецепторов.
Вместе головной мозг и спинной составляют центральную нервную систему (ЦНС) окруженный костями отдел нервной системы. ЦНС назвали центральной, поскольку она одновременно является физическим центром нервной системы и играет главную роль в управлении поведением. Все элементы нервной системы, которые располагаются за пределами головного и спинного мозга, составляют периферическую нервную систему (ПНС).
Как показано на рис. 2, головной мозг человека состоит из двух основных отделов. Представленный на рис. 2, А большой мозг (передний мозг) состоит из двух практически симметричных левого и правого отделов, называемых полушариями. Большой мозг отвечает за формирование большей части управляемых сознанием форм поведения. Под ним располагается ствол мозга (рис. 2, Б) отдел, отвечающий за формирование большей части не контролируемых сознанием форм поведения. Одна из важнейших структур ствола мозга, мозжечок, специализируется на обучении и координации движений.
Совместная эволюция большого мозга и мозжечка показывает, что мозжечок помогает большому мозгу в формировании многих форм поведения.
До сих пор мы описывали основные компоненты мозга и нервной системы, однако это далеко не все. Будучи в аспирантуре, наш друг Харви решил заняться изучением электрической активности мозга. Он хотел, чтобы после его смерти извлеченный из его тела мозг продолжал жить. Он надеялся, что результаты его исследований позволят его мозгу общаться с людьми, способными считывать его электрические сигналы. Каким образом предложенный Харви эксперимент помогает нам в исследовании поведения и мозга?
Очевидно, что Харви хотел сохранить не только свой мозг, но и свою личность — его сознание и такие процессы, как речь и память, которые определяли его самосознание и позволяли ему взаимодействовать с другими людьми. Можно сказать, что мозг — это нечто большее, чем орган внутри черепной коробки. Он представляет собой орган, осуществляющий контроль над поведением. Именно это мы имеем в виду, когда называем кого-то умного «мозгом» или когда говорим об управляющем космическим кораблем компьютере как о «мозге корабля». Таким образом, словом «мозг» мы обозначаем как сам орган, так и тот факт, что этот орган формирует поведение.
Давайте вернемся к эксперименту Харви. Даже если поместить в колбу всю ЦНС, ее придется отделить от ПНС, то есть от опосредуемых ПНС ощущений и движений. Сможет ли мозг оставаться в сознании и бодрствовать в отсутствие сенсорной информации и способности двигаться? Ряд интереснейших экспериментов дает нам возможность прояснить этот вопрос.
Теория и предмет многочисленных философских споров, называемое воплощенное поведение, предполагает, что, совершаемые нами движения и воспринимаемые нами движения других людей составляют основу нашего поведения (Prinz, 2008). То есть мы понимаем друг друга, не только вслушиваясь в слова, но и считывая жесты и другие сигналы тела. Согласно этой концепции, мозг как разумная сущность неотделим от осуществляемой телом деятельности.
В 1920-х гг. Эдмунд Джейкобсон (Edmond Jacobson) задался вопросом, что будет, если наши мышцы прекратят двигаться — этот вопрос в какой-то мере имеет отношение и к эксперименту Харви. По мнению Джейкобсона, даже когда мы думаем, что совершенно неподвижны, мы все равно совершаем лежащие ниже порога восприятия движения, связанные с нашими мыслями. Например, мышцы гортани совершают такие движения, когда мы думаем словами, а глаза — когда мы представляем себе некое действие, человека, место или предмет.
В своих экспериментах Джейкобсон заставлял испытуемых «полностью» расслабиться, а затем просил рассказать о пережитом опыте. Испытуемые рассказывали об ощущении пустоты — их мозг как будто бы отключался (Jacobson, 1932).
Вудберну Херону (Woodburn Heron) удалось продвинуться чуть дальше, чем Джейкобсону. В 1957 г. он исследовал сенсорную депривацию -один из видов пыток, применявшихся во время корейской войны (1950-1953). Сможет ли мозг выполнить свою функцию в отсутствие сенсорных сигналов? Херон исследовал последствия сенсорной депривации, в том числе обратную связь от движений, заставляя студентов-добровольцев лежать на кровати в звуконепроницаемой комнате с голыми стенами, сохраняя полную неподвижность. Руки студентов помещали в мягкие трубки, чтобы они не могли чувствовать прикосновения; полупрозрачные очки не позволяли студентам видеть.
Испытуемые говорили, что этот опыт был крайне неприятным не только из-за социальной изоляции, но и из-за того, что они утрачивали концентрацию. У некоторых участников даже возникали галлюцинации — как будто бы их мозг пытался создать сенсорные переживания, которых они были лишены. Большинство участников пожелали покинуть исследование до его завершения.
Свидетельства людей, страдавших от поражений нервной системы, позволили лучше понять взаимосвязь между наблюдаемым поведением и сознанием. Когда Мартину Писториусу (Martin Pistorius) было 12 лет, его здоровье стало ухудшаться. В конце концов он впал в кому — казалось, он полностью утратил сознание. Родители Мартина поместили его в стационар, где несколько лет спустя к нему начало возвращаться сознание. При этом он по-прежнему был полностью парализован и не мог общаться. Мартин страдал синдромом запертого человека — это состояние, когда при наличии неповрежденного нормально функционирующего, способного воспринимать окружающий мир мозга у пациента не функционируют нервные волокна, отвечающие за производство движения.
В таком состоянии Мартин дожил до 25 лет - тогда медсестра заметила, что он совершает едва заметные движения лицом. Казалось, что он пытается общаться. Благодаря реабилитации ему удалось добиться значительного прогресса в восстановлении движений — в том числе с помощью синтезатора речи. В вышедшей в 2011 г. книге «Мальчик-призрак» (Ghost Boy) (в России эта книга вышла под названием «В стране драконов. Удивительная жизнь Мартина Писториуса», 2015. — Прим, ред.) Мартин описывает отчаяние и беспомощность, которые он испытывал в течение многих лет, будучи запертым в своем теле. История Писториуса показывает, что сознание может сохраняться даже при отсутствии видимых движений; Писториус осознавал реальность и мог совершать еле заметные движения лицом.
Случай еще одного пациента позволил еще глубже изучить взаимосвязь между поведением и мозговой деятельностью. Он продемонстрировал значимость сознания. Пациент, 38-летний мужчина, более 6 лет после нападения находился в состоянии минимального сознания (СМС). Иногда он мог общаться с помощью отдельных слов, а иногда был в состоянии выполнять простые команды. Он мог совершать некоторые движения, но, несмотря на 2 года реабилитации в стационаре и 4 года в приюте, не мог есть.
Николас Шифф и его коллеги (Nicholas Schiff; Schiff & Fins, 2007) предположили, что стимуляция мозга находившегося в состоянии минимального сознания пациента слабым электрическим током могла бы способствовать восстановлению утраченных способностей. В рамках клинического исследования (консенсусное исследование, направленное на разработку метода лечения) ученые имплантировали обеспечивающие возможность воздействия слабым электрическим током микроэлектроды в ствол мозга пациента.
С помощью электродов, которые можно увидеть на представленном на рис. 3 рентгеновском снимке, исследователи проводили электростимуляцию ежедневно по 12 часов в день. Такую стимуляцию называют глубинной стимуляцией мозга. Ученые зафиксировали значительное улучшение поведения пациента и его способности выполнять команды. В первый раз после нападения он смог самостоятельно поесть и проглотить пищу. Он даже мог общаться с ухаживающими за ним людьми и смотреть телевизор; реабилитация способствовала дальнейшему улучшению состояния пациента.
Вполне естественно, что у человека, находившегося в состоянии минимального сознания, улучшение состояния сознания повлекло за собой улучшение поведения. Пациенты с очень тяжелыми черепно-мозговыми травмами, пребывающие в устойчивом вегетативном состоянии, живы и демонстрируют признаки бодрствования, однако они не могут общаться и у них отсутствуют признаки каких-либо когнитивных процессов. Эдриан Оуэн и его коллеги (Adrian Owen, 2015) задались вопросом, можно ли с помощью нейровизуализации оценить степень нарушения сознания. С помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) — метода оценки функции мозга посредством измерения потребления кислорода — группа под руководством Оуэна установила, что некоторые находящиеся в коме пациенты пребывают в сознании и могут общаться, если им предоставить такую возможность.
Исследователи разработали методы, позволившие общаться с пациентами, используя паттерны активности мозга пациентов. Во время исследования мозга методом нейровизуализации ученые из группы Оуэна просили испытуемых контрольной группы представить себе, будто они ударяют теннисной ракеткой по мячу. В это время активность мозга испытуемых менялась в соответствии с воображаемым действием. Затем находившимся в устойчивом вегетативном состоянии пациентам Оуэна предлагали представить себе аналогичное действие. У некоторых пациентов наблюдались такие же изменения активности, как у испытуемых из контрольной группы — это значило, что они поняли задание.
Исследование Оуэна показало, что некоторые пациенты были в сознании, сделав возможными дальнейшее общение и реабилитацию.
Примечание. Мы называем принимающих участие в исследованиях здоровых людей участниками или испытуемыми, а больных с повреждениями мозга или поведенческими нарушениями пациентами.
Все эти исследования показывают, что мозг может сохранять определенный уровень сознания даже в отсутствие признаков психической деятельности. Они также показывают, что даже в отсутствие видимых признаков сознания мозг способен общаться посредством сигналов, создаваемых мозговой активностью, — именно это предполагал Харви. Один из вопросов, связанных с экспериментом Харви и помещенным в колбу мозгом, состоит в том, способен ли мозг поддерживать сознание в отсутствие каких-либо сенсорных переживаний и движений. Пока этот вопрос остается без ответа и требует дальнейшего изучения.
Будущие исследования в том числе могут быть связаны с достижениями в области искусственного интеллекта (ИИ). Современные исследования искусственного интеллекта показывают, что компьютер может творить удивительные вещи, в том числе побеждать опытнейших игроков в такие сложные игры, как шахматы и го. Может ли компьютер, который взаимодействует с внешней средой так же, как человек, то есть ходит в школу, проверяет социальные сети, занимается спортом, другими словами, чувствует и реагирует точно так же, как человек, проявлять те же признаки сознания? Эксперимент нашего друга Харви призван ответить на вопрос, может ли компьютер проявлять признаки сознания в отсутствие воплощенного поведения.
в) Что такое поведение? Признанный классическим учебник «Этология: биология поведения» (Ethology: The Biology of Behavior, 1970) Ирениуса Эйбл-Эйбесфельдта (Irenaus Eibl-Eibesfeldt) начинается такими словами: «Поведение состоит из повторяющихся поведенческих паттернов». Такие паттерны могут состоять из движений, вокализаций или изменений внешнего облика, таких как движения лицевых мышц при попытке улыбнуться. К поведенческим паттернам также относится мышление. Мы не можем считывать чьи бы то ни было мысли напрямую, однако, как уже было сказано выше, ассоциированные с мыслительным процессом изменения электрической и биохимической активности мозга показывают, что мышление также является поведением, состоящим из повторяющихся поведенческих паттернов.
Поведенческие паттерны у животных сильно различаются, и это разнообразие отражает разнообразие мозговых функций. У животных встречаются врожденные формы поведения — такое поведение возникает в отсутствие индивидуального опыта. Способность к производству таких форм поведения обусловлена организацией мозга. У животных также присутствуют приобретенные формы поведения — для их производства требуются опыт и практика. Формирование такого поведения обусловлено нейропластичностъю — способностью мозга меняться благодаря обучению. Большинство форм поведения представляет собой комбинацию врожденных и приобретенных действий, то есть задействует имеющий определенную организацию мозг, который меняется под воздействием опыта.
Рисунок 4 демонстрирует вклад обучения в пищевое поведение двух видов животных — клеста и черной крысы. Скрещенный на конце клюв клеста выглядит неуклюжим, однако он прекрасно приспособлен для поедания семян сосновых шишек. Если форма клюва хоть чуть-чуть изменится, птица не сможет лущить столь любимые ею сосновые шишки до тех пор, пока клюв не отрастет. Пищевое поведение клеста чаще всего не требует изменения посредством обучения. Крысы — это грызуны с острыми резцами, которыми, по-видимому, можно перегрызть все, что угодно. Сосновые шишки — необычная пища для крыс, хотя известно, что крысы едят шишки. При этом черная крыса сможет успешно справиться с сосновой шишкой только в том случае, если ее научит есть шишки опытная крыса-мать.
Такое пищевое поведение следует рассматривать не только в контексте обучения, но также в контексте культуры, поскольку здесь имеет место обучение потомства родителями. Понятие культуры мы рассмотрим в отдельной статье на сайте - просим пользоваться формой поиска выше.
Как правило, животные с более просто организованной нервной системой меньших размеров демонстрируют скромный поведенческий репертуар, который в основном обусловлен наследственностью. Животным со сложно организованной нервной системой свойственно большее разнообразие форм поведения, которое в значительной степени обусловлено обучением. Мы, люди, верим, что являемся видом с самой сложной нервной системой и наиболее выраженной способностью к обучению и формированию новых поведенческих реакций. Большая часть наиболее сложных форм поведения, в том числе чтение, письмо, математика и использование смартфонов, сформировалась спустя долгое время после того, как человеческий мозг обрел свою нынешнюю форму в процессе эволюции.
Демонстрируемое разными видами животных разнообразие форм поведения и обучения показывает, что сформировавшийся мозг готов к производству поведения, он также готов меняться. Как и у других животных, у человека сохраняются многие врожденные формы поведения, например сосательный рефлекс у новорожденных. Однако в более позднем возрасте на пищевое поведение сильно влияют обучение и культура.
- Читать далее "Исторические взгляды на мозг и поведение"
Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 27.9.2020