Мозг человека - принципы его работы, возможности, пределы физиологической и психической нагрузки - продолжают оставаться для исследователей одной большой загадкой. Несмотря на все успехи в его изучении, объяснить, как мы мыслим, понять механизмы сознания и самосознания ученые пока не в состоянии. Накопленных знаний о работе мозга, впрочем, достаточно, чтобы опровергнуть некоторые распространенные мифы о нем.
ДРЕВНИЕ ЛЮДИ БЫЛИ УМНЕЕ НАС?Средний объем мозга современного человека - около 1400 кубических сантиметров, это довольно большая величина для наших размеров тела. Большой мозг человек отрастил себе в ходе эволюции - антропогенеза. $CUT$Наши обезьяноподобные предки, не имевшие больших когтей и зубов, спустившись с деревьев и перейдя к жизни на открытых пространствах, стали развивать мозг. Хотя это развитие не сразу пошло быстро - у австралопитеков объем мозга (около 500 кубических сантиметров) практически не менялся шесть миллионов лет. Скачок в его увеличении произошел два с половиной миллиона лет назад.
У ранних Homo sapiens мозг уже значительно вырос - у Homo erectus (Человека прямоходящего) его объем составляет от 900 до 1200 кубических сантиметров (это перекрывается диапазоном мозга современного человека). У неандертальцев мозг был уже очень большим -1400-1740 кубических сантиметров, что в среднем больше, чем у нас. Ранние Homo sapiens на территории Европы - кроманьонцы - просто заткнут нас за пояс своим мозгом: 1600-1800 кубических сантиметров (правда, кроманьонцы были высокими - 180-190 сантиметров, а антропологи находят прямую связь между размером мозга и ростом).
Мозг в эволюции человека не только увеличивался, но и менялся по соотношению разных частей. Палеоантропологи исследуют мозг ископаемых гоминид по отливке из черепа - эндокрану, который показывает относительный размер долей. Быстрее всего развивалась лобная доля, что связано с мышлением, сознанием, появлением речи (зона Брока). Развитие теменной доли сопровождалось совершенствованием чувствительности, синтеза информации от разных органов чувств и тонкой моторики пальцев рук. Височная доля поддерживала развитие слуха, обеспечивающего звуковую речь (зона Вернике). Так, например, у эректусов мозг вырос в ширину, увеличилась затылочная доля и мозжечок, но лобная доля оставалась низкой и узкой. И у неандертальцев в их очень большом мозге лобная и теменная доля были развиты относительно слабо (по сравнению с затылочной). У кроманьонцев мозг стал значительно выше (за счет увеличения лобных и теменных долей) и приобрел сферическую форму.
Итак, мозг наших предков рос и рос, но, что парадоксально, около 20 тысяч лет назад началась обратная тенденция: мозг стал постепенно уменьшаться. Так что у современных людей средний размер мозга меньше, чем у неандертальцев и кроманьонцев. В чем причина?
Мнение антрополога
Отвечает антрополог Станислав Дробышевский (доцент кафедры антропологии биологического факультета МГУ): «На этот вопрос есть два ответа: один всем нравится, другой верный. Первый таков, что размер мозга прямо не связан с интеллектом, и у неандертальцев и кроманьонцев строение было попроще, чем у нас, но техническая недоделанность компенсировалась большими размерами, и то якобы не полностью. В действительности же про нейронную структуру мозга древних людей мы совершенно ничего не знаем, так что такой ответ - полная спекуляция, утешающая самомнение современных людей. Второй ответ более реален: древние люди были умнее.
Они должны были решать кучу задач на выживание, причем думать очень быстро, в отличие от нас, которым все преподносится на блюдечке с голубой каемочкой, да еще в разжеванном виде, да и торопиться никуда не надо. Древние люди были универсалами - каждый хранил в голове полный набор информации, необходимый для выживания во всех ситуациях, плюс должна была быть способность реактивно соображать в непредвиденных ситуациях. У нас же есть специализация: каждый знает махонький кусочек своей информации, а в случае чего - «обратитесь к специалисту».
Мнение нейробиолога
Сергей Савельев
, заведующий лабораторией развития нервной системы Института морфологии человека РАМН: «Это связано с тем, что в популяции людей действует искусственный отбор, направленный на то, чтобы понизить индивидуальную изменчивость и направленно отбирать высокосоциализированных посредственностей. А слишком умных и асоциальных особей уничтожать. Такое сообщество более управляемо, состоит из более предсказуемых людей, что всегда выгодно. Во все времена общество жертвовало возбудителями спокойствия в пользу неконфликтности и стабильности. Раньше их просто съедали, а позже - изгоняли из сообщества. Именно из-за этого, с моей точки зрения, из-за миграции самых умных изгоев, и началось расселение человечества. А в оседлых, консервативных и более социализированных группах шел скрытый отбор на закрепление неких наиболее удобных и благоприятных для поддержания сообщества свойств поведения. Отбор по поведению повлек за собой уменьшение мозга».
МОЗГ НЕАНДЕРТАЛЬЦА ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ НАШЕГО ВСЕГО ОДНОЙ ФАЗОЙ РАЗВИТИЯ
Находки неандертальских детей дают возможность проследить, как развивался их большой мозг. Ученые из Института эволюционной антропологии в Лейпциге Общества Макса Планка вместе с французскими коллегами сделали реконструкцию сравнительного развития мозга неандертальца и Homo sapiens. Сначала ученые провели компьютерную томографию черепа 58 современным людям. А затем сделали то же самое, положив в томограф черепа девяти неандертальцев разного возраста.
Хотя по размеру череп неандертальца не меньше нашего, по форме они существенно различаются. Но у новорожденных обоих видов мозговая коробка по форме почти не отличается - у неандертальского младенца она совсем чуть-чуть более вытянута. А дальше пути развития расходятся. У современного человека в период от отсутствия зубов до неполного набора резцов меняется не только размер, но и форма мозговой коробки - она становится более шарообразной. А затем увеличивается только в размере, а по форме почти не меняется. Биологи решили, что это ключевой процесс мозгового формообразования, который отсутствует у неандертальцев. Форма черепа их новорожденных, подростков и взрослых почти не различается. Итого разница - в одной критической стадии сразу после рождения. Вероятно, считают ученые, такое заметное изменение формы сопровождается преобразованием внутреннего строения мозга и развитием нейронной сети, что создает условия для развития интеллекта. Статью о развитии мозга разных видов человека ученые опубликовали в журнале Current Biology.
МИФ 1. ЧЕМ БОЛЬШЕ МОЗГ, ТЕМ ОН УМНЕЕ
Размеры мозга довольно сильно различаются и среди современных людей. Так, известно, что у Ивана Тургенева мозг весил 2012 грамм, а у Анатоля Франса почти на целый килограмм меньше - 1017 грамм. Но это совершенно не означает, что Тургенев был в два раза умнее Анатоля Франса. Более того, зарегистрировано, что обладатель самого тяжелого мозга - 2900 грамм - был умственно отсталым.
Так как самая важная часть мозга - это нервные клетки, или нейроны (они образуют серое вещество), то можно предположить, что чем больше мозг, тем больше в нем нейронов. А чем больше нейронов, тем лучше они работают. Но в мозге есть не только нейроны, но и глиальные клетки (они выполняют опорную функцию, направляют миграцию нейронов, снабжают их питательными веществами, а по последним данным - и участвуют в информационных процессах). Кроме того, часть массы мозга образована белым веществом, которое состоит из проводящих волокон. То есть связь между размером мозга и количеством нейронов есть, но не прямая. А связи между размером мозга и интеллектом, очевидно, нет вообще.
МИФ 2. НЕРВНЫЕ КЛЕТКИ НЕ ВОССТАНАВЛИВАЮТСЯ
Так как нейроны не делятся, долгое время считалось, что образование новых нервных клеток происходит только в эмбриональном развитии. То, что это не так, ученые обнаружили еще несколько лет назад. Выяснилось, что в мозге взрослых лабораторных крыс и мышей есть зоны, в которых происходит рождение новых нейронов - нейрогенез. Их источник - стволовые клетки нервной ткани (нейральные стволовые клетки). Позднее было найдено, что и у человека есть такие зоны. Исследования показали, что новые нейроны активно отращивают контакты с другими клетками и включаются в процессы обучения и памяти. Повторим: у взрослых животных и людей.
Дальше ученые стали изучать, какие внешние факторы могут оказывать влияние на рождение нейронов. И выяснилось, что нейрогенез усиливается при интенсивном обучении, при обогащении условий среды и при физической активности. А самым сильным фактором, тормозящим нейрогенез, оказался стресс. Ну, и с возрастом этот процесс все же замедляется. То, что верно для лабораторных животных, в данном случае можно полностью перенести на человека. Тем более наблюдения и исследования на людях это подтверждают. То есть чтобы усилить образование новых нервных клеток, нужно тренировать мозг, обучаться новым навыкам, запоминать больше информации, разнообразить свою жизнь новыми впечатлениями и вести физически активный образ жизни. В пожилом возрасте это приводит к такому же эффекту, что и в молодые годы. А вот стресс для рождения новых нейронов губителен.
Мозг можно накачать на беговой дорожке
Исследование, проведенное международной группой ученых и опубликованное в журнале PNAS, показало, что аэробные упражнения (занятия на беговой дорожке) в пожилом возрасте наращивают гиппокамп - область мозга, которая очень важна для памяти и пространственного обучения. Его объем определяли в магнитно-резонансном томографе. Считается, что с возрастом гиппокамп уменьшается со скоростью 1-2% в год. Специалисты считают, что такая атрофия гиппокампа напрямую связана с возрастным ослаблением памяти. Так вот, у пожилых испытуемых, которые в течение года занимались на беговой дорожке, объем гиппокампа не только не уменьшился, а даже увеличился, а также улучшилась пространственная память по сравнению с контрольной группой. Причина - опять же в стимуляции образования новых нейронов.
Стресс повреждает мозг. Интересная жизнь -восстанавливает
Стресс в детстве особенно вреден для мозга. Его последствия сказываются на психике, поведении и интеллектуальных способностях взрослого человека. Но есть способ компенсировать губительное воздействие раннего стресса. Как показали на лабораторных крысах израильские ученые, помочь можно, если обогатить среду обитания пострадавшего. Стресс разрушает мозг посредством гормонов, к которым относятся кортикостероиды, вырабатываемые в надпочечниках, а также гормоны гипофиза и щитовидной железы. Повышенный их уровень вызывает изменения в дендри-тах - коротких отростках нейронов, снижает синаптическую пластичность, особенно в гиппокампе, замедляет образование новых нервных клеток в зубчатой извилине гиппокампа и прочее. Такие нарушения в период развития головного мозга не проходят бесследно.
Специалисты из Института изучения нейробиологии эмоций (Institute for the Study of Affective Neuroscience) Университета Хайфы разделили лабораторных крыс на три группы. Одну в юном возрасте подвергли трехдневному стрессу, вторую после стресса поместили в обогащенную среду, третью оставили в качестве контрольной. Крыс, которым выпало пожить в обогащенной среде, переселяли в большую клетку, где было множество интересных предметов: пластиковые коробки, цилиндры, туннели, платформы и колеса для бега.
При тестировании крысы из стрессовой группы демонстрировали повышенный страх и сниженную любознательность и хуже обучались.
У них была снижена мотивация к исследованию новой среды, что можно сравнить с потерей интереса к жизни, которая часто случается у человека в состоянии депрессии. Но пребывание в обогащенной среде компенсировало все вызванные стрессом нарушения поведения.
Ученые предполагают, что обогащение среды защищает мозг от стресса по нескольким причинам: стимулирует выработку белков - факторов роста нервов, активирует нейромедиаторные системы и благоприятствует образованию новых нервных клеток. Результаты они опубликовали в журнале PLoS ONE. Самое прямое отношение эти результаты имеют к детям-сиротам, раннее детство которых прошло в детдоме. Только интересная и насыщенная жизнь, которую постараются создать им усыновители, поможет сгладить тяжелый жизненный опыт.
МИФ З. МОЗГ ЧЕЛОВЕКА РАБОТАЕТ НА 10/6/5/2%
Это представление до недавнего времени было очень распространено. Обычно его приводили в обоснование того, что мозг имеет скрытый потенциал, который мы не используем. Но современные методы исследований не подтверждают этот тезис. «Оно возникло оттого, что когда научились регистрировать электрическую активность отдельных нейронов, оказалось, что из всех нейронов в точке измерения в каждый момент времени активны очень немногие», - говорит Ольга Сварник, руководитель лаборатории системной нейрофизиологии и нейронных интерфейсов НБИК-центра РНЦ «Курчатовский институт».
Нейронов в мозге около 1012 (цифра все время уточняется), и они очень специализированы: одни электрически активны во время ходьбы, другие - во время решения математической задачи, третьи - во время любовного свидания и пр. Трудно себе представить, что будет, если они вдруг решат заработать одновременно! «Точно так же, как мы не в состоянии реализовывать весь наш опыт в одно и то же время, то есть не можем одновременно вести машину, прыгать со скакалкой, читать и прочее, - объясняет Ольга Сварник, - так же и все наши нервные клетки не могут и не должны быть активны одновременно. Но это вовсе не означает, что мы не используем мозг на сто процентов».
«Это придумали те психологи, которые сами используют мозг на два процента, - категорично утверждает Сергей Савельев в беседе с корреспондентом. - Мозг можно использовать только полностью, в нем ничего нельзя отключить. По физиологическим законам мозг не может работать меньше чем наполовину, поскольку даже когда мы не думаем, в нейронах поддерживается постоянный метаболизм. А когда человек начинает интенсивно работать головой, решать какие-то проблемы, мозг начинает потреблять энергии почти в два раза больше. Все остальное - выдумки. И никакие мозги нельзя так натренировать, чтобы интенсифицировать их работу в десять раз».
МИФ 4. ЗА КАЖДОЕ ДЕЙСТВИЕ ОТВЕЧАЕТ СВОЯ ЧАСТЬ МОЗГА
Действительно, в коре полушарий мозга человека нейробиологи выделяют зоны, связанные со всеми органами чувств: зрением, слухом, обонянием, осязанием, вкусом, а также ассоциативные зоны, где обрабатывается и синтезируется информация. А магнитно-резонансная томография (МРТ) регистрирует активность тех или иных областей во время разных видов деятельности. Но карта мозга не абсолютна, и появляется все больше доказательств, что все устроено намного сложнее. Например, в процесс речи вовлечены не только известные зона Брока и зона Вернике, но и другие части мозга. А мозжечок, который все время связывали с координацией движении, участвует в самых разных видах мозговой деятельности.
С вопросом, есть ли в мозге специализация, «Детали мира» обратились к Ольге Сварник
: «В мозге есть специализация на уровне нейронов, и она достаточно постоянна, - ответила специалист. - Но выделить специализацию на уровне структур сложнее, потому что совершенно разные нейроны могут лежать рядом. Можно говорить о скоплении нейронов, типа колонок, можно говорить о сегментах нейронов, активирующихся в один и тот же момент, но невозможно реально выделить какие-то крупные области, которые принято выделять. МРТ отражает активность кровотока, но не работу отдельных нейронов. Наверное, по картинкам, которые получают по МРТ, мы можем сказать, где с большей или меньшей вероятностью можно найти те или иные специализации нейронов. Но говорить о том,что какая-то зона за что-то отвечает, мне кажется неправильным».
МИФ 5. МОЗГ - ЭТО КОМПЬЮТЕР
По мнению Ольги Сварник , сравнение мозга с компьютером не более чем метафора: «Мы можем фантазировать, что в работе мозга есть определенные алгоритмы, что человек услышал информацию и что-то делает. Но сказать, что наш мозг работает именно так, было бы неправильно. В отличие от компьютера в мозге нет никаких функциональных блоков. Например, считается, что гиппокамп - это структура, отвечающая за память и пространственную ориентацию. Но нейроны гиппокампа ведут себя неодинаково, у них разная специализация, они не функционируют как единое целое».
А вот что считает по тому же вопросу биолог и популяризатор науки Александр Марков (Институт палеонтологии РАН): «В компьютере все сигналы которыми обмениваются элементы логических схем, имеют одну и ту же природу - электрическую, и сигналы эти могут принимать только одно из двух значений - 0 или 1. Передача информации в мозге основана не на двоичном коде, а скорее на троичном. Если возбуждающий сигнал соотнести с единицей, а его отсутствие с нулем, то тормозящий сигнал можно уподобить минус единице. Но на самом деле в мозге используются химические сигналы нескольких десятков типов - все равно как если бы в компьютере использовались десятки разных электрических токов... А нули и единицы могли бы иметь десятки разных, скажем, цветов.
Самое же главное отличие состоит в том, что проводимость каждого конкретного синапса... может меняться в зависимости от обстоятельств. Это свойство называют синаптической пластичностью. Есть и еще одно радикальное отличие мозга от электронно-вычислительной машины. В компьютере основной объем памяти хранится не в логических электронных схемах процессора, а отдельно, в специальных запоминающих устройствах. В мозге не существует участков, специально выделенных для длительного хранения воспоминаний. Вся память записана в той же самой структуре межнейронных синаптических связей, которая одновременно является и грандиозным вычислительным устройством - аналогом процессора».
Мозг любого живого существа - пожалуй, самый загадочный и малоизученный орган. Функционирование отдельных видов клеток и отделов мозга четко выяснено и описано, но объяснить, каким образом мозг функционирует как единое целое науке пока не удалось. Хотя, достоверности ради, надо сказать, что в последние годы прогресс в подобных исследованиях все-таки наблюдается.
- метод абляции – заключается в удалении одного из отделов мозга и последующем наблюдении поведения организма;
- транскраниальная магнитная стимуляция - оценка возбудимости головного мозга при помощи магнитных импульсов.
- электрофизиология - регистрация электрических импульсов активности мозга;
- электрическая стимуляция - стимуляция отдельных областей мозга с помощью электрических импульсов.
НаучФильм. Головной мозг
Размер головного мозга 20-ти разных живых существ, индекс энцефализации
Проводя исследования, ученые выяснили, что величина головного мозга дифференциируется у разных животных, причем наблюдается разное соотношение величины мозга и массы тела живого существа. Чем больше масса мозга относительно массы тела, тем больше мозговой ткани используется для решения познавательных задач. Поэтому было введено такое понятие, как коэффициент энцефализаии – относительное соотношение массы тела и величины мозга млекопитающего. Он высчитывается по формуле:
где m – масса мозга, г; M – масса тела, г.
Индекс энцефализации дает возможность изучить потенциальные возможности различных видов.
Размер мозга не влияет на интеллект
Следует детальнее рассмотреть эту аксиому на примерах животных разных классов и видов.
Классификация начинается самой большой цифрой (самым умным из животных) и продолжается в порядке спадания.
- Бутылконосый дельфин . Мозг весит 1550 г, коэффициент энцефализации составляет 4,14
- Лиса – 53г, коэффициент =1,6
- Слон – 7843 г, коэффициент = 1,3
- Собака – 64 г, коэффициент = 1,2
- Макака – 62г, коэффициент = 1,19
- Осел – 370г, коэффициент = 1,09
- Кошка – 35 г, коэффициент = 1,0
- Воробей – 1,0г, коэффициент = 0,86
- Жираф – 680г, коэффициент = 0,66
- Лошадь – 510г, коэффициент = 0,9
- Овца – 140г, коэффициент = 0,8
- Кашалот – 7800 г, коэффициент = 0,58
- Кролик – 12г, коэффициент = 0,4
- Крыса – 2г, коэффициент = 0,4
- Носорог – 500г, коэффициент = 0,37
- Еж – 3.3г, коэффициент = 0,3
- Мышь полевая – 0,2г, коэффициент = 0,22
- Зеленая ящерица 0,1г, коэффициент = 0,04
- Комнатная муха – 0,0002г, коэффициент = 0,02
- Гадюка – 0,1г, коэффициент = 0,005
Итак, самым похожим на человека по величине коэффициента энцефализации является дельфин.
Как видим, стереотип о невысоких умственных способностях, например, осла, жирафа и овцы не имеет под собой основания.
Интересный факт: у насекомых мозга нет, роль центральной нервной системы у них выполняют нервные узлы - ганглии. Теоретически, если таракан останется без головы, он умрет от того, что не сможет есть.
Доведено также, что мыслительные способности организма зависят не только от величины мозга, а в немалой степени – от числа связей между нейронами.
Предупреждение усыхания мозга у людей
Следует детальнее рассмотреть мозг человека, так как именно этот орган при более детальном изучении может дать ответы на вечные вопросы, касающиеся нашего развития и жизнедеятельности.
Мозг новорожденного весит 365 г, ребенка 2 лет – 930 г, 6 лет – 1211 г, взрослого человека – 1400 г. Коэффициент энцеффализации мозга человека возрастом более 18 лет равен 6,74.
Интересно, что существует различие между мозгом мужчины и женщины. Первые зарегистрированные исследования половых различий мозга провел Френсис Гаттон еще в 1882 году. Позднее ученые из авторитетных, всемирно известных исследовательских институтов доказали, что мозг мужчины в среднем на 125 гр. больше, чем мозг женщины. Кроме того, существуют так же расовые и национальные различия. К примеру, обладателями самого легкого мозга являются австралийцы – 1185 г, самого тяжелого – европейцы – 1375 г.. При том у англичан мозг весит в среднем – 1346 г, у французов – 1280 г, у корейцев – 1376 г, у японцев – 1313 г. Лидеры – немцы, их мозг весит 1425 г. Мозг у россиян меньше немецкого на 26 граммов. У афроамериканцев мозг в среднем весит 1223 г, это на 100 г меньше, чем у белокожего населения США.
В течении жизни мозг может менять свой вес в сторону усыхания. В основном, гиппокамп уменьшается у людей, страдающих от депрессии и шизофреников. В настоящее время ученым известно, одни участки мозга стареют быстрее, чем другие. Вследствие возрастных изменений, потеря в объеме может доходить до 10%. Как установили ученые из медицинского центра университета Раш, к и усыханию мозга в старшем воздасте приводит дефицит витамина В 12 , а так же такое заболевание, как сахарный диабет.
Как избежать этого и предупредить высыхание серого вещества?
Ответ прост: нужно почаще употреблять в пищу продукты, содержащие этот самый витамин В 12 . В самых больших количествах он содержится в молоке, яйцах, мясе, птице, рыбе.
Очень полезны в этом плане бобы, фасоль, бананы, зерновой хлеб – именно в этих продуктах содержатся глюциды (медленные углероды), которые замедляют процессы старения мозга. Следует заниматься спортом: даже незначительные нагрузки стимулируют насыщение крови кислородом, соответственно в мозг поступает значительно больше питательных веществ. Очень важно установить для себя правильное питание, основными правилами котрого является ограниченое количество сладкого, а так же разнообразие в пище: мозг не любит диеты, где в течении нескольких недель нужно питаться однообразно.
Только правильный подход к собственному образу жизни позволит сохранить молодость мозга и увеличить уровень IQ.
Существовали две точки зрения на эволюцию мозга гоминид . Одни исследователи считали главным показателем развития размеры мозга, его объем. Другие авторы придавали большее значение структурным качественным преобразованиям коры.
Сторонники первой точки зрения считали основным критерием выделения семейства гоминид размеры мозга. В связи с этим существовала гипотеза "мозгового рубикона", выдвинутая английским антропологом А.Кизсом. Суть ее состоит в следующем - по объему мозга современные и ископаемые гоминиды оказывались как бы на разных берегах символической реки Рубикон. На одном берегу - австралопитековые , объем мозга которых не превышает 700 куб.см, на другом берегу - все ископаемые и современные люди с мозгом не менее 850 куб.см. А.Кизс предположил, что существует "критическая масса" мозга, без которой невозможно изготовление орудий и другие сложные формы поведения. Такая масса составляет, по его мнению, 750 куб.см. Иными словами, если объем мозга равен 700 куб.см, то это еще не человек, а если 755 куб.см - то уже человек.
Как известно, объем головного мозга как таксономический признак имеет малую ценность. Его величина вариабельна даже в пределах одного вида. Его показатели могут перекрываться у нескольких видов. Поэтому сторонники второй точки зрения главным морфологическим критерием выделения семейства гоминид считали систему прямохождения. Увеличение размеров мозга, безусловно, характерно для приматов. Однако большее значение в эволюции мозга гоминид имели качественные перестройки коры, появление у гоминид новых специфических человеческих областей коры головного мозга.
Можно заключить, что в эволюции головного мозга гоминид сочетались увеличение размеров мозга и перестройка его отдельных участков с увеличением зон абстрактного мышления и уменьшением зон чувственного восприятия. За период от 4 млн лет до 10 тыс. лет назад мозг вырос от 500 до 1500 куб.см (в среднем), т.е. в 3 раза. Причем на более поздних этапах антропогенеза развитие мозга опережало развитие зубной системы и локомоторного аппарата. Еще большие изменения происходили в микроструктуре мозга. В.И.Кочеткова связывает изменения, происходившие в макро- и микроструктуре мозга гоминид, с их деятельностью.
Существует мнение, что укрупнение головного мозга у млекопитающих сопровождалось увеличением размеров тела. И.Эйсенберг назвал эту связь "энцефализацией". Вес головного мозга связан с весом тела. Абсолютный вес мозга больше у крупных животных, чем у мелких. Относительный вес мозга - вес мозга/вес тела у крупных животных в среднем меньше, чем у мелких.
Эта глава посвящена человеческому разуму и для начала обратим внимание, что из большого многообразия животных, только у одной ветви человекообразных обезьян 6,5 млн. лет начал увеличиваться мозг, в котором позднее развились центры речи и разума, сделавшие из обезьяны современного человека. Это очень важный момент, т.к. животные и птицы тоже имеют мозг, который позволяет им запоминать, что полезно, а что опасно для жизни, находить места своих стоянок, обучать навыкам жизни своих детенышей, запоминать своего хозяина-человека и выполнять его требования. При этом сегодняшняя наука считает, что животные это проделывают неосознанно, а только опираясь на выработавшиеся у них в течение жизни рефлексы.
Но почему нынешние обезьяны так и остались на уровне их предшественников, и у них не появился разум? Опять же вспомним Закон прогрессивного развития, который определяет, что ВСЕМУ СВОЕ ВРЕМЯ! Рождение разума, как рождение ребенка, наступило точно в назначенное время, когда преобразование энергии Большого Взрыва достигло очередного этапа, который в Таблице 3 соответствует 6,64 млн. до н.э.
Именно тогда энергия Вселенной перешла на следующий более высокий уровень, и наступил момент для важных из-менений в строении мозга, которые затронули только самую развитую в то время ветвь животных, которыми были человекообразные обезьяны, а мозг остальных живых существ так и остался на прежнем уровне развития. Процесс зарождения разума проходил во Вселенной только один раз, т.к. ВСЕМУ СВОЁ ВРЕМЯ! Такова жизнь, которая постоянно идет по заданной программе и только в сторону прогрессивного развития. В этой программе не предусмотрен возврат назад, а те, кто пожелает это сделать, будут очень жестоко возвращены программой в заданное русло. Именно поэтому зарождение разума во Вселенной произошло только один раз 6,5 млн. лет назад, в том числе и на других планетах!!! И не зря говорят, что в реку невозможно войти дважды, т.к. первая вода уже утекла и все дальнейшие преобразования энергии во Вселенной пошли дальше по зало-женной программе!
Первобытный человек, благодаря появившемуся разуму, постепенно получил способность анализировать ситуацию и выбирать из множества вариантов, то, которое он считает наиболее правильным. Кроме того разум позволил находить человеку новые решения и именно это свойство позволило людям совершать открытия и продвигаться по пути прогресса.
Что же такое разум, и каков механизм его действия? К сожалению, современная наука, досконально изучившая техническими средствами структуру мозга человека и остальных животных, так и не дала до настоящего времени ответ на этот вопрос. При этом ученые поняли, как передаются сигналы от органов чувств в мозг и как поступает обратный ответ, но вот как происходит процесс принятия решения, этого сказать пока еще никто не может.
Именно поэтому многие предлагают сопоставить мозг человека с ЭВМ, и надо заметить, это сходство потрясающее, т.к. осознанно, или нет, но создавая компьютер, ученые точно повторили схему человеческого мозга, который как раз в то время изучалась учеными.
В Приложении 3 приведена из Википедии краткая хро-нология создания ЭВМ от первых громоздких и медленных ламповых машин до современных смартфонов, процессоры которых во много раз опережают возможности персональных ЭВМ десятилетней давности.
Главная идея при создании электронной вычислительной машины состояла в использовании электрических реле, имеющих два фиксированных состояния (открыто и закрыто), что позволило записывать числа в машине в двоичном коде, который используют для записи цифр с помощью последовательного чередования 0 и 1. Каждое число и буква могут быть зашифрованы в виде цепочки последовательно меняющихся нулей и единичек, из которых составляются тексты, закладывающиеся в память компьютера. Как будет показано ниже, главная клетка мозга – нейрон, где сохраняется память, также может занимать только два состояния "открыто или закрыто".
Таблица 5
| Период | События на Земле |
| 1 | 2 |
| 1 965 | Научно-техническая революция в освоении космоса в 1957 и переход в 1964 г. ЭВМ к интегральным схемам |
| 1 991 | В 1989 наступила эра Интернета |
| 2 003 | Бурное развитие персональных ЭВМ |
| 2 010 | Революция в микроэлектронике iPad (Apple). |
| 2 013 | Ускоренно развиваются 3 D и нано технологии |
Как видно из Таблицы 5 с каждой технической революцией происходил скачек в развитии вычислительных машин и позднее вместо реле стали использовать лампы, затем полупроводники, микросхемы, и, наконец, микропроцессоры, которые всего лишь за 50 лет существенно снизили габариты машин и их стоимость, а быстродействие при этом выросло в миллионы раз.
К настоящему времени создано множество устройств, предназначенных для хранения данных, и память бывает энергонезависимая, которая не стирается при снятии электропитания (жесткий диск, Flash, оптические диски), и энергонезависимая, которая используется для обеспечения работы процессора, и стирающаяся после снятии электропитания (оперативная и кэш-память). Также и в мозгу человека есть долговременная память и кратковременная, которая стирается через какое-то время.
Бит – минимальная единица информации, записываемая в одной ячейки памяти и принимающая значения 0 и 1. Байт - равен восьми битам. В мозгу человека память хранится в клетках - нейронах и один нейрон сохраняет минимальную порцию информации, аналогичную байту.
Килобайт, Мегабайт, Гигабайт, Терабайт и т.д. увеличи-ваю последовательно размер памяти в 1000 раз.
Чтобы понять, сколько памяти необходимо компьютеру для запоминания информации, произведем простой расчет. Для того чтобы увидеть изображение на экране монитора необходимо сначала зафиксировать его в памяти камеры, путем раскладывания света на красные, синие и зеленые оттенки, а затем преобразования их в матрице камеры в электрические сигналы. Скорость записи изображения в современных кинокамерах составляет до 50 Мбит в секунду, и для высококачественного фильма, длительностью 100 минут, потребуется память в размере до 37 Гигабайт. Запомните эту цифру, т.к. она понадобится, когда пойдет речь о принципе работы человеческого мозга. Именно поэтому по мере развития компьютерной техники всегда возникал вопрос об увеличении памяти и скорости обработки информации.
Процессор – это важнейший элемент ЭВМ, в который поступает внешняя информация и затем отправляется в память компьютера. Аналогичный элемент есть и в человеческом мозгу. Называется он гиппокамп, но его работа намного сложнее и именно в нем нужно искать пути, ведущие к разуму. Но об этом мы поговорим немного позднее.
А сейчас речь пойдет о главной тайне человечества – РАЗУМЕ и принципах его работы.
Мозг представляет собой сложнейшую систему, обрабатывающую огромное количество входящей информации через органы чувств (глаза, уши, нос, язык и кожу) и принимающую решение, что делать с этой информацией.
В мозгу большую часть занимают два больших полушария, покрытые корой из серого вещества толщиной 1-5 миллиметров, где располагаются около 10 млрд. нервных клеток нейронов, которые являются хранилищем долговременной памяти. Распространено мнение, что правое полушарие определяет предмет, а левое определяет, для чего его можно использовать.
Существует два вида памяти – первичная, хранящая временную информацию, которую человек очень быстро забывает и вторичная, сохраняющая информацию на длительное время, в том числе и на всю жизнь. В ходе исследования мозга ученые обнаружили, что человеческий мозг работает по следующей схеме.
Все сигналы, которые поступают в человеческий организм через глаза, уши, нос, язык и кожу трансформируются в находящихся в них клетках-рецепторах в электрические сигналы, которые по нервам поступают в участок мозга гиппокамп, расположенный в глубине височных долей мозга. Предполагается, что основная функция гиппокампа - это кодирование информации для сохранения в других отделах мозга. Эта часть мозга соединена со многими другими зонами мозга, где хранятся запомненные человеком прошлые события и полученные знания. Новые технологии сканирования мозга наглядно показали, что информация в этих зонах рассортирована как в папках компьютера строго по назначению, (опасность, еда, жилье, боль, удовольствие и т.д.), и новая информация поступает, после анализа в гиппокампе, точно в свою зону.
Фактически память хранится в соответствующих зонах мозга, и чем больше этих центров, тем выше уровень развития разума. Если путь от входящей в организм информации до сформированного ответного сигнала очень короток, то это соответствует рефлексу, а чем больше накоплено знаний, тем сложнее процесс принятия решений, т.к. каждая зона принимает участие в дальнейшем пути поступившей информации. Именно поэтому говорят, что у животных рефлексы, а у человека разум. Следовательно, память это не какое-то отдельное место в нашем мозгу, а целая сеть связанных между собой зон.
Поступивший внешний сигнал будет циркулировать по замкнутым нейронным цепям гиппокампа, пока принимается решение в течение нескольких секунд или минут, куда отправить поступившую информацию - на хранение в длительную память, задержать на некоторое время в первичной памяти, или сразу передать сигнал соответствующим органам тела (побежать, засмеяться, что-то взять и т.д.).
Рассмотрим более подробно, как формируются и передаются сигналы в мозг на примере глаза. У человекообразных и большинства других обезьян, сусликов, многих рыб и птиц цветовое зрение хорошо развито. Цветовым зрением обладают многие насекомые, в том числе мухи и пчелы. К млекопитающим, у которых цветовое зрение слабо развито или отсутствует, относятся мыши, крысы, кролики, кошки и собаки.
Изображение, вошедшее в глаз, фокусируется в кристаллике и в перевернутом состоянии отображается на сетчатке в задней части глаза, где сосредоточено более 125 млн. нервных клеток. Среди них большую часть составляют палочки, помогающие человеку различать предметы в сумерках, и три типа колбочек, которые отвечают за восприятие красного, синего и зеленого оттенка. Прямо как в матрице камеры.
Любое изображение поступает в глаз в виде фотонов света, энергия которых, попадая на нервные клетки-рецепторы, расположенные на сетчатке глаза, вызывает химическую реакцию, в результате которой появляется электрический ток ионов. Этот процесс происходит в каждой из 125 млн. палочек и колбочек, и увиденное изображение, преобразованное в электрические сигналы, идет по аксонам, сплетенным в толстый зрительный нерв, к среднему мозгу и далее к гиппокампу, где происходит анализ поступившей информации.
Решение о сохранении полученной информации в памяти в большинстве случаев осуществляется автоматически в гиппокампе, в котором сплетены связи от 10 миллиардов нейронов, находящихся в коре мозга. Если в памяти вашего мозга уже хранится связанная с новым событием информация, то новая информация, как важная для человека, автоматически надолго отпечатается в вашем мозгу. Опросив все зоны, где находится ранее запомненная информация, гиппокамп принимает решение, куда отправить полученное через глаз изображение.
В этой связи очень важно научиться заставлять свой мозг запоминать информацию при обучении, т.к. при первом прочтении эта информация воспринимается, как неизвестная и откладывается в краткосрочную память. Но если материал по-вторять, то он уже будет восприниматься, как ранее запомненный и отложится в долгосрочную память. Повторенье-мать ученья.
В 1955 году Рональд Майерс, аспирант из Чикагского университета, занимался обучением кошки, различать различные изображения, показываемые на экране, и за несколько тысяч повторений кошка стала надежного различать несколько фигур. Кошки обучаются медленно; например, голубям потребовалось в этой ситуации всего лишь несколько сотен повторений. Этот опыт показал, что долгосрочная память есть и у животных и формируется она, как и у человека, методом повторения, но вот наличие в человеческом мозгу зон, где знания, рассортированы по категориям, и подключение к процессу выработки решения гиппокампа, существенно ускоряет образовательный процесс.
Однако если бы наш мозг фиксировал всё, что попадает в него через органы чувств, то процесс запоминания прекратился бы на первых секундах жизни человека. Вспомните, что при просмотре одного фильма в глаз человека попадает информация об увиденных изображениях, которые требуют 37 Гигабайт памяти, а каждый байт несет информацию, которую способен запомнить один нейрон. Даже с учетом последней информации о том, что в мозгу человека собрано около 87 млрд. клеток, этого хватило бы только на 2 фильма, а в процессе формирования памяти участвует гораздо меньше нейронов. Правда книга занимает только 2 мегабайта и человеческой памяти хватит на 5000 книг. Вывод напрашивается сам собой, что в памяти остается только та информация, которая скорей всего потом пригодится человеку. Память камеры может запомнить все листья на дереве, каждый волосок на голове, а человеку это не важно, и в памяти остаются только общие контуры объектов, что позволяет резко сократить количество нейронов, задействованных при запоминании. Человеческий мозг не может, как компьютер, уве-личить размер своей памяти, т.к. процесс роста мозга в ходе эволюции занимал миллионы лет, и чтобы справиться с постоянно увеличивающимся потоком информации мозгу приходится стирать данные в памяти, которые долго не используются. Освободившиеся нейроны при этом могут вновь участвовать в процессе запоминания.
Исследования показали, что начиная с шестидесяти лет, наш мозг ссыхается на 5-10% каждые десять лет и в этом возрасте гиппокамп и лобная (мыслительная) часть коры головного мозга работают менее активно. Старческое слабоумие поражает каждого двадцатого с шестидесяти пяти лет, с 80 - каждого пятого, а с 90 - даже каждого третьего. Также ученые выяснили, что на память плохо действуют такие факторы, как волнения, недостаток сна, алкоголь, высокое давление и перегрузка информацией. Когда у вас не остается времени на размышления и раздумья, мозг стремительно теряет глюкозу, которая является "топливом" для процессов, происходящих в головном мозге. А после резкого снижения уровня глюкозы восстановление до нормы проходит длительно с большими трудностями. Именно поэтому человек и животные, обладающие мозгом, нуждаются во сне, чтобы восстановить потраченные за день питательные вещества, участвующие в процессе формирования памяти.
Другой угрозой для работы мозга является Стресс, кото-рый в экстремальной ситуации на короткое время заряжает наш мозг дополнительной энергией, которую берет из хранящейся в тканях глюкозы, чтобы выделить адреналин для улучшения циркуляции крови. Однако постоянный стресс приведет к разрушению мозга и нейроны гиппокампа умирают навсегда. Наверное, многие испытывали тяжелейшее состояние, разбитость и неспособность сконцентрироваться после бессонной ночи, когда у вас во дворе орала автомобильная сигнализация. Это особенно опасно для людей, которым необходимо утром садиться за руль, идти к операционному столу и т.д.
Очень интересен вопрос, касающийся возможности пе-редачи умственных способностей по наследству. И здесь определенно можно сказать, что знания накопленные человеком за его жизнь, по наследству не передаются и память ребенка, ро-дившегося у гения и у бездельника, абсолютно чистая, и кем станет этот человек, зависит только от знаний, полученных им в процессе обучения. Поэтому все поколения людей каждый раз заново проходят полный цикл накопления знаний, но в нарастающем объеме, с учетом развития жизни.
Другое дело, что люди обладают разными способностями к запоминанию, и здесь сказывается генетическая наследст-венность, развивающаяся по законам Менделя, которые устанавливают доминирующее влияние генов одного из родителей. Как уже было сказано, память состоит из множества зон в мозгу человека, и чем больше человек загружает свой мозг знаниями, тем больше у него становится таких зон, и я считаю, что это приводит к генетическим изменениям. Конечно, образ жизни дикаря не требует создания в мозгу огромного количества зон, какие есть у творчески мыслящего человека и их генетическая наследственность в части умственных способностей совершенно разная. Но при этом если дети умного человека не пожелают напрягаться при обучении, то их мозг с потенциально высокими возможностями будет бездействовать. И если в следующем по-колении, у их детей тоже не проявится интерес к знаниям, то постепенно генетические умственные преимущества этой ветви людей будут потеряны. Таким образом, конечно, есть разница в наследственных способностях людей максимально развивающих из поколения в поколение свой мозг и у населения, ограни-чивающегося естественными потребностями на уровне "хлеба и зрелищ". И дело не в принадлежности к какой либо расе, или нации, что пытались доказать в фашистской Германии, а в регу-лярном многовековом развитии мозга в процессе обучения. Ко-нечно, политический и социальный фактор накладывают существенный отпечаток на уровень умственных способностей населения, и политика лидера страны во многом определяет уровень образованности населения его страны.
Таким образом, разум человека это процесс выработки в мозгу решений, который в отличие от животных сопровождается анализом поступившей информации в гиппокампе, связанном с большим количеством зон, где сохранены знания, рассортиро-ванные по их назначению.
Технические открытия в электронике, скоро позволят создать оборудование, которое выявит процесс формирования решений в мозгу человека и будет открыта тайна разума.
Вспомним Таблицу 3 и посмотрим, как появление новых способностей у человека в течение 6,5 миллионов было связано с изменением размера мозга и его строения.
Таблица 6
| 6,64 млн. до н.э. | 6,5 млн. до н.э. выделяется линия к человеку |
| 3,32 млн. до н.э. | 4-3,5 млн. до н.э. сформировался Австралопитек
Объём головного мозга 530 см³ |
| 1,66 млн. до н.э. | 1,6 млн. до н.э. Человек прямоходящий освоил огонь
Объём головного мозга 700-850 см³ |
| 828 063 до н.э. | 800 тыс. до н.э. появился Человек гейдельбергский
Объём головного мозга 1100 см³ |
| 413 023 до н.э. | 400 тыс. до н.э. 2 этап Человека гейдельбергского
Объём головного мозга 1200 см³ |
| 205 504 до н.э. | 200 000 лет до н.э. появляются неандертальцы
Объём головного мозга 1400 см³ |
| 101 744 до н.э. | 100 тыс. лет назад расцвет неандертальцев
Объём головного мозга 1500 см³ |
| 49 864 до н.э. | 50 000 лет назад революция в каменных орудиях
Объём головного мозга 1600 см³ |
| 23 924 до н.э. | 24 000 до н.э. кроманьонцы вытеснили неандертальцев Объём головного мозга 1550 см³ |
| 10 954 до н.э. | Неолитическая революция
Объём головного мозга 1450 см³ |
| Объём мозга современного человека 1400 см³ |
Особенно обратим внимание на период с 23 924 до н.э. до 10 954 до н.э., когда кроманьонцы полностью вытеснили с Земли неандертальцев, и с этого периода началось уменьшение размера мозга 2 . Это говорит о том, что в это время обозначилось резкое изменение разума людей, и умственные способности стали прогрессировать не за счет размеров мозга, а за счет изменения внутренней структуры и появления зон, где стали откладываться новые быстро развивающиеся знания. Произошел переход "количества в качество", как при развитии ЭВМ. Именно такой аналогичный переход в изменении структуры мозга, должен произойти в ближайшие годы, когда под воздействием постоянно увеличивающегося потока знаний, доставляемых человеку быстро развивающимися информационными технологиями, произойдет массовое изменение разума человечества. Как это будет происходить, попытаюсь показать в заключительной ГЛАВЕ VIII , а в дополнении к Главе III приведу несколько интересных мыслей, высказанных о мозге Академиком Натальей Петровной Бехтеревой (7.7.1924-22.6.2008) .
Средние размеры человеческого мозга 20×20×15 см. У новорожденного он весит примерно 350 г. При хорошем развитии масса мозга молодой женщины составляет от 1200 до 1300 г, молодого мужчины – от 1300 до 1400 г. При этом данный орган состоит примерно из ста миллиардов нейронов, а также клеток, поддерживающих их работу.
В возрасте от двадцати до шестидесяти лет мы теряем примерно 1–3 г мозговой ткани ежегодно. После шестидесяти лет потери увеличиваются до 3–4 г. Чем старше мы становимся, тем быстрее теряем клетки мозга.
Масса мозга человека
Головной мозг, encephalon, располагается в полости черепной коробки и отделяется от внутренней поверхности черепа системой мозговых оболочек. Форма мозга и его линейные размеры соответствуют форме черепа. Головной мозг человека в среднем имеет следующие размеры: длина мозга (в переднезаднем сечении) - 160-175 мм; ширина (в поперечном сечении) - 135-145 мм; вертикальный размер (по высоте) - 105-125 мм.
Средняя масса головного мозга
Средняя масса мозга человека достигает 1300 г, с индивидуальными отклонениями в пределах нормы от 900 до 2000 г. Одаренность, умственные и творческие способности человека никак не связаны с размерами и массой мозга. Плотность головного мозга равна 1,038-1,041. Эти цифры позволяют вычислить массу мозга, исходя из объемов черепа.
Масса головного мозга имеет возрастные, половые и индивидуальные особенности. Масса головного мозга человека составляет 2,5% массы тела, в то время как масса головного мозга младенца - 10% массы тела (в среднем 450 г). От 28 до 50 лет масса и размеры головного мозга достигают максимальных значений и остаются постоянными для каждого человека. После 50 лет масса мозга постепенно уменьшается, примерно на 30 г каждые 10 лет. Масса мозга мужчин в среднем на 100-150 г больше, чем у женщин. Среднее значения массы мозга мужчин - 1380 г; женщин - 1240г.
Минимальная и максимальная масса мозга
Следует отметить минимальные и максимальные значения массы мозга человека, которые не отражаются на умственных способностях. Минимальная масса мозга, которая не отражалась на социальном поведении человека - 900 г. Самый маленький мозг был ннайден у 46-летнего мужчины, он имел массу 680 г, и это не сказывалось на его социальном и психологическом статусах.
В 19 веке особый интерес представлял вопрос о минимальной массе мозга при различных формах патологии, когда больной еще может вести социальную жизнь. Исследования К. Фохта (1873) показали, что при объеме мозга 296-622 м3 люди, страдающие микроцефалией (болезнь, при которой у пациента наблюдается малый объем мозга), могли произносить слова и вести упрощенную социальную жизнь. В большинстве случаев это были пастухи и собиратели дров. Общее развитие микроцефалов соответствовало развитию 3-6 - летних детей, это может говорить о существовании порога массы мозга. Если мозг человека имеет массу меньше 750-800 г, то вероятнее всего полноценная жизнь в социуме становится невозможной.
Большая масса мозга - это следствие патологических процессов. Многочисленные исследования показывают, что максимальная масса мозга не превышает 2850 г. Вероятнее всего, граница максимальной массы здорового головного мозга человека около 2200-2300 г. Наблюдение самого тяжелого здорового мога было выполнено в XIX веке. Мозг массой 2222 г был описан Рудольфи и принадлежал неизвестному обывателю.
