Мгновенные изменения в нейронах сопровождающие и обеспечивающие мысль.

Буквально фантастическая молекулярная трансформация охватывает весь объем мозга, все каскады нейронных связей. Обнаружить как морфология мысли реализуется на уровне всех этих связей чрезвычайно сложно.

Сравнительно недавно было замечено, что большинство ментальных событий не ограничено какой-либо небольшой областью или ядром в мозге. Наблюдение за мозгом с помощью очень медленного функционального магнито-резонансного сканирования (fMRI снимки мозга с интервалом в секунду) подталкивали к выводу: каждое ментальное событие в мозге имеет индивидуальную локализацию. Однако, как оказалось после более точных исследований большинство событий случаются во всем мозге сразу, во всей многосложной сети мозга в миллисекунды. В настоящее время их не так просто зафиксировать или измерить.

В эти генетические изменения вовлечены тысячи и возможно миллионы различных факторов, одновременно внося изменения в многочисленные структуры внутри клеток, клеточных сетей и межклеточное пространство.
Ниже представлен в очень упрощенном виде список некоторых наиболее важных изменений, которые происходят в головном мозге мгновенно. Каждое требует немедленного воспроизводства множества специфических белков, которые необходимы для описанных выше процессов, обеспечивающих возникновение мысли в нервных клетках головного мозга.

• Воспроизводство и размещение на мембранах нервных клеток AMPA-рецептора глутамата (рецептор, который улавливает нейромедиатор, глутаминовую кислоту, из класса возбуждающих аминокислот, и передает быстрые возбуждающие сигналы в синапсах нервной системы. Эти рецепторы обнаружены практически во всех структурах головного мозга. Прим. пер.) Повышение доли АМПА-рецепторов совместно с кальцием вызывает увеличение длительности самого сигнала, то что еще называют длительный потенциал действия.
• Дендриты меняют свою форму, особенно размеры и количество т.н. головок шипиков, которые образуют синапсы, тем самым повышая способность получать информацию.
• Концентрация из более чем 1000 крупных протеиновых комплексов (различных по составу, в разных местах головного мозга и разных типов нейронов) повышает постсинаптическую плотность, видоизменяя эти мельчайшие отростки (головки шипиков) на дендритах.
• Трансформация молекул, которые выступают из мембран наружу, в просвет синапса. Нейролигины (постсинаптический белок) как бы «пожимают руку» Нейрексинам (белок на пресинаптической поверхности).
• Всплеск концентрации ионов кальция (Ca) дает толчок синтезу «белков памяти» нового типа.
• Передающий (пресинаптический) нейрон изменяет нейромедиаторы (химические вещества, передающие сигнал через синаптическую щель на другой нейрон. Прим. пер.) , получающий сигнал нейрон (постсинаптический) согласованно трансформирует рецепторы на постсинаптической мембране.
• По пути от мембраны нервной клетки к ее ядру в каскады сигналов тоже вносятся изменения.
• Также вносятся изменения в ионные каналы аксона (отросток нейрона, который передает сигнал на другой нейрон. Прим. пер.), видоизменяется передаваемый дальше электрический сигнал.
• Баланс изменений между ингибированием (подавлением) и стимуляцией.
• Видоизменение новых микро-РНК (короткие цепочки РНК не принимающие непосредственного участия в кодировании и синтезе белка, но способные вносить изменения в экспрессию генов. Обнаружены в т.ч. у некоторых вирусов. Прим. пер.).
• Видоизменения т.н. «вставочных» нейронов. (промежуточные нейроны посредники в передаче сигналов между клетками нервной сети. Прим. пер.)
• Митохондрии в дендритах (дендриты — это отростки нейрона, которые принимают сигнал, митохондрии — энергетические центры клетки — на видео располагаются вдоль элементов клеточного скелета. Прим. пер.) изменяют силу сигнала.
• Концентрация внимания изменяет структуру синапса.
• Множественные изменения в восходящих волокнах мозжечка.
• НМДА рецепторы (рецептор к нейромедиатору — глутамату, видоизменение и перестройка которого играет ключевую роль в синаптической пластичности. Прим. пер.) замещают свои структурные субъединицы.
• Видоизменение транспортных белков.
• Белки цитоскелета актин и микротрубочки осуществляют множественную, структурную трансформацию (собираются в одних местах и распадаются в других).
• Экзосомы (выделяемые клеткой особые микропузырьки, диаметром 30-100 нанометров, содержащие активные биохимические вещества и осуществляющие межклеточную коммуникацию. Прим. Пер.) передают информацию от астроцитов (клетки, окружающие сами нейроны, но не участвующие в передачи нервного сигнала. Прим. пер.) нейронам, включая различные белки и кусочки ДНК.

Многоуровневый пусковой механизм от молекул к обществу

Каким-то образом ментальное событие (мысль) мгновенно запускает чрезвычайно сложный комплекс клеточной активности на всех упомянутых выше генетических и биохимических уровнях, во всех механизмах внутримозгового взаимодействия в различных областях головного мозга одновременно в какие-то миллисекунды, за это время меняется морфологическая структура мозга.
Побуждения и стимулы к ментальному событию приходят из источников широкого спектра — сенсорная стимуляция со стороны окружающей среды, чтение, наблюдение, взаимодействие с другими людьми и различными культурами. Эти стимулы являются совершенно разными по своим качествам, и они охватывают 12 условных порядков. Каждый различный тип ментального события оказывает различное воздействие с различным результатом на все эти уровни.
Фактически невозможно разделить эти уровни между собой в человеческом существовании. События квантового уровня и большое число соединений внутри различных зон головного мозга вовлечены в формирование ментального события. Квантовые эффекты обнаружены в живых организмах: кальциевая сигнальная система в мозге, химические реакции внутри клетки, навигация у птиц, эффективный механизм фотосинтеза. Похоже на то, что молекулы, формирующие клеточный скелет, такие как актин, миозин и микротрубочки функционируют подобно обладающему собственным разумом конструктору ЛЕГО (почти трансформеры, обладающие интеллектом…) . Структуры цитоскелета, представляющие собой чрезвычайно сложные молекулы, становятся как бы языком ментального события в клетке. Насколько реально это имеет отношение к квантовым событиям внутри клеточных органелл и структур цитоскелета еще предстоит раскрыть. Как эти изменения могут вызываться просто мыслью, остается совершенно неизвестным.

Микротрубочки с прикрепленными к ним транспортными белками внутри аксона нервной клетки. Аксональный транспорт.

Автор тут деликатно касается считающейся маргинальной в научной среде темы «квантовой природы сознания». Роджер Пенроуз, который написал об этом книгу, в чем-то разочаровался, отрицая саму возможность математического познания мысли и сознания. По прошествии ряда лет он признался, что как математик не имел полного представления о морфологии и природе микробиологических процессов внутри нервных клеток мозга, поэтому сегодня, на основании новых открытий, вероятно, пересмотрел бы ряд своих выводов. Особенно после знакомства и совместной работы с нейробиологом из Аризонского университета Hameroff S . Большая пропасть между законами квантовой механики и пониманием биологической природы мысли наверно стала меньше. Все таки речь идет о движении масс (молекулярные структуры, обладающие известными свойствами и предсказуемым поведением). Большой масштаб для квантовых экспериментов, но очень маленький для биологии. В какой-то глубокий момент попытка «вычислить» полностью все изменения порождаемые мыслью во множестве структур рассыпается.

Существование каждой мысли в мозге включает в себя гигантское число порядков за одно мгновение. В этом множестве уровней нет другого пути, кроме как попытаться составить условный список из 12 порядков, 12 уровней, которые вместе каждый раз обеспечивают мысль, формируя отдельное ментальное событие.

• Квантовые эффекты
• Молекулы, малые и большие
• Клеточные транспортные белки, «моторы»
• Структуры цитоскелета
• Органеллы
• Нейроны и глиальные клетки
• Сеть нейронов с глиальными клетками
• Мозговые ядра (концентраторы)
• Зоны мозга
• Собственно весь мозг
• Взаимодействие с Другими
• Наука, Общество и Культура

Жизнь мысли в мозге.

Несмотря на гигантские усилия почти полумиллиона нейробиологов всего мира в течении многих лет все еще нет ясности или какой-либо убедительной теории существования сознания и субъективного опыта в головном мозге. Так и не обнаружены зоны мозга отвечающие и представляющие субъективный опыт.
Число одновременно и подробно изученных фактов делает очень трудно достижимой задачу даже построения теории того, как все это может случаться за один раз в мгновение мысли. В качестве одного примера чрезвычайности масштаба включаемых событий, может послужить факт того, что каждую секунду в последний месяц беременности у плода возникает 250.000(!) новых нейронов, они распределяются в различные зоны мозга и тут же интегрируются в сети.
Нет возможности объяснить эти грандиозные в масштабах биологии эффекты мыслей никакой из существующих молекулярных теорий, теорией нейронных сетей, или теорией специфических зон мозга. Квантовую теорию все еще нельзя считать адекватной в этом плане, хотя некоторые данные вселяют надежду. (Еще одна отсылка автора к квантовой теории мысли.) Другая теория кальциевых волн, имея в процессе много важных аргументов, также все еще не убедительна.
Где тот общий вектор для всех перечисленных выше 12 факторов? Каким-то образом мысль, как нам известно, учитывает и взаимодействует с каждым за раз. Как именно ментальное событие запускает такой неисчислимо сложный порядок событий, все еще предстоит раскрыть. Конечно подразумевая, что новая теория природы сознания даст намного лучший способ понять феномен мысли, чем представления, существующие на сегодня.

Экология сознания: Жизнь. Совершенно точно доказано, что наш мозг - дико пластичная штука, и индивидуальное обучение серьезно на него влияет - в значительно большей степени, чем врожденные предрасположенности.

Если сравнивать с детенышами других животных, можно сказать, что человек рождается с недоразвитым мозгом: его масса у новорожденного составляет всего 30% массы мозга взрослого. Эволюционные биологи предполагают, что мы должны рождаться недоношенными, чтобы наш мозг развивался, взаимодействуя с внешней средой. Научный журналист Ася Казанцева в лекции «Зачем мозгу учиться?» в рамках программы «Арт-образование 17/18» рассказала

О процессе обучения с точки зрения нейробиологии

и объяснила, как мозг меняется под влиянием опыта, а также чем во время учебы полезны сон и лень.

Кто изучает феномен обучения

Вопросом, зачем мозгу учиться, занимаются как минимум две важные науки - нейробиология и экспериментальная психология. Нейробиология, изучающая нервную систему и происходящее в мозге на уровне нейронов в момент обучения, работает чаще всего не с людьми, а с крысами, улиточками и червячками. Специалисты по экспериментальной психологии пытаются понять, какие вещи влияют на обучаемость человека: например, дают ему важное задание, проверяющее его память или обучаемость, и смотрят, как он с ним справляется. Эти науки интенсивно развивались в последние годы.

Если смотреть на обучение с точки зрения экспериментальной психологии, то полезно вспомнить, что эта наука - наследница бихевиоризма, а бихевиористы считали, что мозг - черный ящик, и их принципиально не интересовало, что в нем происходит. Они воспринимали мозг как систему, на которую можно воздействовать стимулами, после чего в ней случается какая-то магия, и она определенным образом на эти стимулы реагирует. Бихевиористов интересовало, как может выглядеть эта реакция и что на нее способно влиять. Они считали, что обучение - это изменение поведения в результате освоения новой информации

Это определение до сих пор широко применяется в когнитивных науках. Скажем, если студенту дали почитать Канта и он запомнил, что есть «звездное небо над головой и моральный закон во мне», озвучил это на экзамене и ему поставили пятерку, значит, произошло обучение.

С другой стороны, такое же определение применимо и к поведению морского зайца (аплизии). Нейробиологи часто ставят опыты с этим моллюском. Если бить аплизию током в хвостик, она начинает бояться окружающей реальности и втягивать жабры в ответ на слабые стимулы, которых она раньше не боялась. Таким образом, у нее тоже происходит изменение поведения, обучение. Это определение можно применять и к еще более простым биологическим системам. Представим себе систему из двух нейронов, соединенных одним контактом. Если мы подадим на нее два слабых импульса тока, то в ней временно изменится проводимость и одному нейрону станет легче подавать сигналы другому. Это тоже обучение на уровне этой маленькой биологической системы. Таким образом, от обучения, которое мы наблюдаем во внешней реальности, можно построить мостик к тому, что происходит в мозге. В нем есть нейроны, изменения в которых влияют на нашу реакцию на среду, т. е. на произошедшее обучение.

Как работает мозг

Но чтобы говорить о мозге, нужно иметь базовое представление о его работе. В конце концов, у каждого из нас в голове есть эти полтора килограмма нервной ткани. Мозг состоит из 86 миллиардов нервных клеток, или нейронов. У типичного нейрона есть тело клетки со множеством отростков. Часть отростков - дендриты, которые собирают информацию и передают ее на нейрон. А один длинный отросток, аксон, передает ее следующим клеткам. Под передачей информации в рамках одной нервной клетки подразумевается электрический импульс, который идет по отростку, как по проводу. Один нейрон взаимодействует с другим через место контакта, которое называется «синапс», сигнал идет с помощью химических веществ. Электрический импульс приводит к высвобождению молекул - нейромедиаторов: серотонина, дофамина, эндорфинов. Они просачиваются через синаптическую щель, воздействуют на рецепторы следующего нейрона, и он изменяет свое функциональное состояние - например, у него на мембране открываются каналы, через которые начинают проходить ионы натрия, хлора, кальция, калия и т. д. Это приводит к тому, что на нем, в свою очередь, тоже формируется разность потенциалов, и электрический сигнал идет дальше, на следующую клетку.

Но когда клетка передает сигнал другой клетке, этого чаще всего недостаточно для каких-то заметных изменений в поведении, ведь один сигнал может получиться и случайно из-за каких-то возмущений в системе. Для обмена информацией клетки передают друг другу много сигналов. Главный кодирующий параметр в мозге - это частота импульсов: когда одна клетка хочет что-то передать другой клетке, она начинает посылать сотни сигналов в секунду. Кстати, ранние исследовательские механизмы 1960–70-х годов формировали звуковой сигнал. В мозг экспериментальному животному вживляли электрод, и по скорости треска пулемета, который слышался в лаборатории, можно было понять, насколько активен нейрон.

Система кодирования с помощью частоты импульсов работает на разных уровнях передачи информации - даже на уровне простых зрительных сигналов. У нас на сетчатке есть колбочки, которые реагируют на разные длины волн: короткие (в школьном учебнике они называются синие), средние (зеленые) и длинные (красные). Когда на сетчатку поступает волна света определенной длины, разные колбочки возбуждаются в разной степени. И если волна длинная, то красная колбочка начинает интенсивно подавать сигнал в мозг, чтобы вы поняли, что цвет красный. Впрочем, тут все не так просто: у колбочек перекрывается спектр чувствительности, и зеленая тоже делает вид, что она что-то такое увидела. Дальше мозг самостоятельно это анализирует.

Как мозг принимает решения

Принципы, аналогичные тем, что используются в современных механических исследованиях и опытах на животных с вживленными электродами, можно применять и к гораздо более сложным поведенческим актам. Например, в мозге есть так называемый центр удовольствия - прилежащее ядро. Чем более активна эта область, тем сильнее испытуемому нравится то, что он видит, и выше вероятность, что он захочет это купить или, например, съесть. Эксперименты с томографом показывают, что по определенной активности прилежащего ядра можно еще до того, как человек озвучит свое решение, допустим, относительно покупки кофточки, сказать, будет он ее покупать или нет. Как говорит прекрасный нейробиолог Василий Ключарев, мы делаем все, чтобы понравиться нашим нейронам в прилежащем ядре.

Сложность в том, что у нас в мозге нет единства суждений, каждый отдел может иметь свое мнение о происходящем. История, похожая на спор колбочек в сетчатке, повторяется и с более сложными вещами. Допустим, вы увидели кофточку, она вам понравилась, и ваше прилежащее ядро издает сигналы. С другой стороны, эта кофточка стоит 9 тысяч рублей, а зарплата еще через неделю - и тогда ваша амигдала, или миндалевидное тело (центр, связанный в первую очередь с негативными эмоциями), начинает издавать свои электрические импульсы: «Слушай, остается мало денег. Если мы сейчас купим эту кофточку, у нас будут проблемы». Лобная кора принимает решение в зависимости от того, кто громче орет - прилежащее ядро или амигдала. И тут еще важно, что каждый раз впоследствии мы способны проанализировать последствия, к которым это решение привело. Дело в том, что лобная кора общается и с амигдалой, и с прилежащим ядром, и с отделами мозга, связанными с памятью: они ей рассказывают, что произошло после того, как в прошлый раз мы принимали такое решение. В зависимости от этого лобная кора может более внимательно отнестись к тому, что говорят ей амигдала и прилежащее ядро. Так мозг способен меняться под влиянием опыта.

Почему мы рождаемся с маленьким мозгом

Все человеческие дети рождаются недоразвитыми, буквально недоношенными в сравнении с детенышами любого другого вида. Ни у одного животного нет настолько длинного детства, как у человека, и у них не бывает потомства, которое рождалось бы с настолько маленьким мозгом относительно массы мозга взрослого: у человеческого новорожденного она составляет лишь 30%.

Все исследователи сходятся во мнении, что мы вынуждены рождать человека незрелым из-за внушительного размера его мозга. Классическое объяснение - это акушерская дилемма, то есть история конфликта между прямохождением и большой головой. Чтобы родить детеныша с такой головой и крупным мозгом, нужно иметь широкие бедра, но невозможно их бесконечно расширять, потому что это будет мешать ходить. По подсчетам антрополога Холли Дансуорт, чтобы рожать более зрелых детей, достаточно было бы увеличить ширину родового канала всего на три сантиметра, но эволюция все равно в какой-то момент остановила расширение бедер. Эволюционные биологи предположили: вероятно, мы и должны рождаться недоношенными, чтобы наш мозг развивался во взаимодействии с внешней средой, ведь в матке в целом довольно мало стимулов.

Есть знаменитое исследование Блэкмора и Купера. Они в 70-е годы проводили опыты с котятами: большую часть времени держали их в темноте и на пять часов в день сажали в освещенный цилиндр, где они получали не совсем обычную картину мира. Одна группа котят в течение нескольких месяцев видела только горизонтальные полосы, а другая - только вертикальные. В итоге у котят возникли большие проблемы с восприятием реальности. Одни врезались в ножки стульев, потому что не видели вертикальных линий, другие таким же образом игнорировали горизонтальные - например, не понимали, что у стола есть край. С ними проводили тесты, играли с помощью палочки. Если котенок рос среди горизонтальных линий, то горизонтальную палочку он видит и ловит, а вертикальную просто не замечает. Затем вживляли электроды в кору головного мозга котят и смотрели, каким должен быть наклон палочки, чтобы нейроны начали издавать сигналы. Важно, что со взрослым котом во время такого эксперимента ничего бы не случилось, а вот мир маленького котенка, чей мозг только учится воспринимать информацию, вследствие подобного опыта может быть навсегда искажен. Нейроны, которые никогда не подвергались воздействию, перестают функционировать.

Мы привыкли считать, что чем больше связей между разными нейронами, отделами человеческого мозга, тем лучше. Это так, но с определенными оговорками. Нужно не просто чтобы связей было много, а чтобы они имели какое-то отношение к реальной жизни. У полуторагодовалого ребенка синапсов, то есть контактов между нейронами в мозге, гораздо больше, чем у профессора Гарварда или Оксфорда. Проблема в том, что эти нейроны связаны хаотично. В раннем возрасте мозг быстро созревает, и его клетки формируют десятки тысяч синапсов между всем и всем. Каждый нейрон раскидывает отростки во все стороны, и они цепляются за все, до чего смогли дотянуться. Но дальше начинает работать принцип «Используй, или потеряешь». Мозг живет в окружающей среде и пытается справляться с разными задачами: ребенка учат координировать движения, хватать погремушку и т. д. Когда ему показывают, как есть ложкой, у него в коре остаются связи, полезные, чтобы есть ложкой, так как именно через них он гонял нервные импульсы. А связи, которые отвечают за то, чтобы расшвыривать кашу по всей комнате, становятся менее выраженными, потому что родители такие действия не поощряют.

Процессы роста синапсов довольно хорошо изучены на молекулярном уровне. Эрику Канделу дали Нобелевскую премию за то, что он догадался изучать память не на людях. У человека 86 миллиардов нейронов, и, пока ученый разобрался бы в этих нейронах, ему пришлось бы извести сотни испытуемых. А поскольку никто не позволяет вскрывать мозги стольким людям ради того, чтобы посмотреть, как они научились держать ложку, Кандел придумал работать с улиточками. Аплизия - суперудобная система: с ней можно работать, изучив всего четыре нейрона. На самом деле у этого моллюска больше нейронов, но на его примере гораздо проще выявить системы, связанные с обучением и памятью. В ходе экспериментов Кандел понял, что кратковременная память - это временное усиление проводимости уже существующих синапсов, а долговременная заключается в росте новых синаптических связей.

Это оказалось применимо и к человеку - похоже на то, как мы ходим по траве . Сначала нам все равно, куда идти на поле, но постепенно мы протаптываем тропинку, которая потом превращается в грунтовую дорогу, а затем в асфальтированную улицу и трехполосное шоссе с фонарями. Похожим образом нервные импульсы протаптывают себе дорожки в мозге.

Как формируются ассоциации

Наш мозг так устроен: он формирует связи между событиями, происходящими одновременно. Обычно при передаче нервного импульса выделяются нейромедиаторы, которые воздействуют на рецептор, и электрический импульс идет на следующий нейрон. Но есть один рецептор, который работает не так, он называется NMDA. Это один из ключевых рецепторов для формирования памяти на молекулярном уровне. Его особенность в том, что он работает в том случае, если сигнал пришел с обеих сторон одновременно.

Все нейроны куда-то ведут. Один может привести в большую нейронную сеть, которая связана со звучанием модной песенки в кафе. А другие - в другую сеть, связанную с тем, что вы пошли на свидание. Мозг заточен на то, чтобы связывать причину и следствие, он на анатомическом уровне способен запомнить, что между песней и свиданием есть связь. Рецептор активируется и пропускает через себя кальций. Он начинает вступать в огромное количество молекулярных каскадов, которые приводят к работе некоторых до этого не работавших генов. Эти гены проводят синтез новых белков, и вырастает еще один синапс. Так связь между нейронной сетью, отвечающей за песенку, и сетью, отвечающей за свидание, становится более прочной. Теперь даже слабого сигнала достаточно, чтобы пошел нервный импульс и у вас сформировалась ассоциация.

Как обучение влияет на мозг

Есть знаменитая история о лондонских таксистах. Не знаю, как сейчас, но буквально несколько лет назад для того, чтобы стать настоящим таксистом в Лондоне, нужно было сдать экзамен по ориентации в городе без навигатора - то есть знать как минимум две с половиной тысячи улиц, одностороннее движение, дорожные знаки, запреты на остановку, а также уметь выстроить оптимальный маршрут. Поэтому, чтобы стать лондонским таксистом, люди несколько месяцев ходили на курсы. Исследователи набрали три группы людей. Одна группа - поступившие на курсы, чтобы стать таксистами. Вторая группа - те, кто тоже ходил на курсы, но бросил обучение. А люди из третьей группы вообще не думали становиться таксистами. Всем трем группам ученые сделали томограмму, чтобы посмотреть плотность серого вещества в гиппокампе. Это важная зона мозга, связанная с формированием памяти и пространственным мышлением. Обнаружилось, что если человек не хотел становиться таксистом или хотел, но не стал, то плотность серого вещества в его гиппокампе оставалась прежней. А вот если он хотел стать таксистом, прошел тренинг и действительно овладел новой профессией, то плотность серого вещества увеличилась на треть - это очень много.

И хотя до конца не ясно, где причина, а где следствие (то ли люди действительно овладели новым навыком, то ли у них изначально была хорошо развита эта область мозга и поэтому им было легко научиться), совершенно точно наш мозг - дико пластичная штука, и индивидуальное обучение серьезно на него влияет - в значительно большей степени, чем врожденные предрасположенности. Важно, что и в 60 лет обучение оказывает воздействие на мозг. Конечно, не так эффективно и быстро, как в 20, но целом мозг в течение всей жизни сохраняет некоторую способность к пластичности.

Зачем мозгу лениться и спать

Когда мозг чему-то учится, он выращивает новые связи между нейронами. А это процесс медленный и дорогостоящий, на него нужно тратить много калорий, сахара, кислорода, энергии. Вообще, человеческий мозг, притом что его вес составляет всего 2% от веса всего тела, потребляет около 20% всей энергии, которую мы получаем. Поэтому при любой возможности он старается ничему не учиться, не тратить энергию. На самом деле это очень мило с его стороны, ведь если бы мы запоминали все, что видим каждый день, то мы довольно быстро сошли бы с ума.

В обучении, с точки зрения мозга, есть два принципиально важных момента. Первый заключается в том, что, когда мы осваиваем любой навык, нам становится легче действовать правильно, чем неправильно. Например, вы учитесь водить машину с механической коробкой передач, и вам сначала все равно, переключать передачу с первой на вторую или с первой на четвертую. Для вашей руки и мозга все эти движения равновероятны; вам неважно, в какую сторону гнать нервные импульсы. А когда вы уже более опытный водитель, то вам физически проще переключать передачи правильно. Если вы попадете в машину с принципиально другой конструкцией, вам снова придется задумываться и контролировать усилием воли, чтобы импульс не пошел по проторенной дорожке.

Второй важный момент:

главное в обучении - это сон

У него много функций: поддержание здоровья, иммунитета, обмена веществ и разных сторон работы мозга. Но все нейробиологи сходятся в том, что самая главная функция сна - это работа с информацией и обучением. Когда мы освоили какой-то навык, то хотим сформировать долговременную память. Новые синапсы растут несколько часов, это долгий процесс, и мозгу удобнее всего это делать именно тогда, когда вы ничем не заняты. Во время сна мозг обрабатывает информацию, полученную за день, и стирает то, что из этого надо забыть.

Есть эксперимент с крысами, где их учили ходить по лабиринту с вживленными в мозг электродами и обнаружили, что во сне они повторяли свой путь по лабиринту, а на следующий день ходили по нему лучше. Во многих тестах на людях показано, что то, что мы выучили перед сном, вспомнится лучше, чем выученное с утра. Выходит, что студенты, которые принимаются за подготовку к экзамену где-то ближе к полуночи, все делают правильно. По той же причине важно думать о проблемах перед сном. Конечно, заснуть будет сложнее, но мы загрузим вопрос в мозг, и, может быть, наутро придет какое-то решение. Кстати, сновидения - это, скорее всего, просто побочный эффект обработки информации.

Как обучение зависит от эмоций

Обучение в большой степени зависит от внимания , потому что оно направлено на то, чтобы снова и снова прогонять импульсы по конкретным путям нейронной сети. Из огромного количества информации мы на чем-то фокусируемся, берем это в рабочую память. Дальше то, на чем мы удерживаем внимание, попадает уже в память долговременную. Вы могли понять всю мою лекцию, но это не означает, что вам будет легко ее пересказать. А если вы прямо сейчас на листке бумаги нарисуете велосипед, то это не значит, что он будет хорошо ездить. Люди склонны забывать важные детали, особенно если они не специалисты по велосипедам.

У детей всегда были проблемы с вниманием. Но сейчас в этом смысле все становится проще. В современном обществе уже не так нужны конкретные фактические знания - просто их стало невероятно много. Гораздо важнее оказывается способность быстро ориентироваться в информации, отличать достоверные источники от недостоверных. Нам уже почти и не нужно долго концентрироваться на одном и том же и запоминать большие объемы информации - важнее быстро переключаться. Кроме того, сейчас появляется все больше профессий как раз для людей, которым сложнее концентрироваться.

Есть еще один важный фактор, влияющий на обучение, - эмоции. На самом деле это вообще главное, что у нас было на протяжении многих миллионов лет эволюции, еще до того, как мы нарастили всю эту огромную лобную кору. Ценность овладения тем или иным навыком мы оцениваем с точки зрения того, радует он нас или нет. Поэтому здорово, если удается наши базовые биологические эмоциональные механизмы вовлекать в обучение. Например, выстраивать такую систему мотивации, в которой лобная кора не думает о том, что мы должны выучить что-то с помощью усидчивости и целенаправленности, а в которой прилежащее ядро говорит, что ему просто чертовски нравится это занятие.

Гиперактивный ребенок – это навсегда? Альтернативный взгляд на проблему Кругляк Лев

Что происходит в головном мозге

Мы заранее предупреждаем наших читателей, что намерены подробно рассказать о тех глубоких процессах, которые происходят в головном мозге детей при развитии серьезных отклонений в поведении. И делаем это целенаправленно, ибо еще бытует мнение, что такие «дефекты воспитания» можно исправить то ли криком, то ли примером, то ли наказанием. Если вы внимательно прочтете, возможно, несколько сложную главу, то поймете, что СДВГ развивается на фоне специфических нейрофизиологических и биохимических процессов. В определенной мере эта информация будет способствовать формированию представления о болезни и необходимости квалифицированного лечения.

Довольно часто родители слышат от окружающих, что они плохо воспитали детей. В этом нет ничего удивительного, ибо подвижный ребенок всегда создает в обществе дополнительную суету и «мешает» людям. Многие родители, не имея возможности уделять ребенку достаточно времени, соглашаются с этим утверждением, сокрушаясь о создавшейся, как они считают, безвыходной ситуации. В то же время подобная «ошибка воспитания» легко поддается опровержению современными исследованиями. Надо сразу оговориться, что окончательно доказанных причин данного заболевания не выявлено. Существует множество тео-рий и научных предположений. Но есть некоторые моменты, которые определенно встречаются почти у всех детей с проблемами поведения.

Современные исследования все больше устремлены на изучение анатомических и физиологических особенностей головного мозга, так как ученые исходят из того, что при СДВГ происходит нарушение функций определенных отделов головного мозга, отвечающих за решение организационных задач, планирование и контроль импульсов. Выявлено, что у таких пациентов в этих участках мозга перераспределение информации происходит неравномерно. Ответственными за эту работу являются медиаторы, которые отвечают за переработку информации, поступающей от различных раздражителей, которые потом выливаются в невнимательное, импульсивное и гиперактивное поведение.

Нейрофизиологические аспекты. В последние двадцать лет многими учеными отмечено стремительное изменение мозга человека, что, безусловно, оказало свое воздействие и на его психическую деятельность. Особенно это заметно на отклонениях от общепринятых норм в психике детей. Все больше появляется детей с дисгармоничным развитием, что является следствием влияния нашей цивилизации и воздействия неблагоприятной окружающей среды. Кроме того, нельзя не учитывать все ухудшающееся здоровье населения планеты, что напрямую сказывается на течении беременности. Все чаще встречается патологическое развитие беременности и родов, в результате чего у плода возникает кислородное голодание мозга. Согласно данным современных исследований, у 70 % детей с дисгармоничным развитием наблюдается асимметрия лобных долей мозга (рис. 1), более или менее выраженные изменения электроэнцефалограммы (запись биотоков мозга). Как правило, у них отмечается повышенное внутричерепное давление, кисты в различных отделах мозга, страдают корковые и подкорковые функции, т. е. выявляются нарушения структуры мозговой ткани, реализации ее функций или же структуры определенных субстанций в головном мозге.

Рис. 1. Головной мозг (вид сбоку – разделение на доли)

Так, например, известно, что кора лобных долей, управляющая импульсами и эмоциями, является источником представления о самом себе. У большинства гиперактивных детей именно эта зона развита слабо. Нейрофизиологические и нейропсихологические исследования выявляют также синдромы функциональной недостаточности стволовых и подкорковых структур мозга (рис. 2).

Рис. 2. Головной мозг и ствол мозга в продольном разрезе

При обследовании пациентов с СДВГ на первый план выходили нарушения, связанные с недостаточностью активирующих влияний подкорковых структур на кору мозга. Именно поэтому у таких детей отмечается истощаемость, неустойчивость внимания, снижение работоспособности. Вероятно, функциональной незрелостью подкорковых образований обусловлены и такие особенности, как нарушения сна, сниженный иммунитет, эмоциональная неустойчивость.

При благоприятных условиях недостаточность подкорковых структур может практически полностью компенсироваться к школьному возрасту. Однако в условиях эмоционального напряжения, повышенных нагрузок в школе, в пубертатном возрасте (периоде полового созревания) признаки недостаточности подкорковых структур вновь начинают проявляться. А в случае слабости компенсаторных механизмов функциональная незрелость подкорковых структур становится определяющим фактором для развития мозга, вследствие чего появляется множество вторичных дефектов в виде недостаточности височных, теменно-затылочных и других зон мозга.

Постепенно на первый план выходит недоразвитие лобных структур с вытекающим отсюда аномальным поведением. Однако анализ анамнеза (истории заболевания), данные электроэнцефалографии и клиническая картина говорят о том, что за этим фасадом скрывается первичный дефект – нарушение активирующей функции ретикулярной формации, которая способствует координации обучения и памяти, дисфункции лобных долей, подкорковых ядер и проводящих путей с вторичным нарушением нейромедиаторного обмена, о котором речь пойдет ниже.

Биохимические аспекты. Уже было отмечено, что одной из важных причин СДВГ является нейротрансмиссионный дисбаланс. Мы прекрасно осознаем всю сложность темы и специально очень подробно останавливаемся на, казалось бы, теоретических моментах, но, дочитав до конца эту главу, вы поймете, какую цель преследовали авторы. Дело в том, что формальное назначение лекарственной терапии, безусловно, достигает определенного эффекта, но вы добьетесь значительно лучшего результата, когда узнаете некоторые нюансы об участии в обменных процессах в мозге витаминов, минералов и микроэлементов. Мы не стали полностью выносить в главу о лечении эти данные, чтобы практические советы хорошо были увязаны с теоретическими выкладками, что поможет вам активно их использовать. Кроме того, опыт показывает, что родители не всегда могут получить подобные данные у специалистов, задачей которых является стабилизация поведения ребенка.

Итак, нейротрансмиттеры – это вещества, которые переносят различную информацию, регулирующую обменные, трофические, иммунные и другие процессы в нейроне (нервной клетке). Возьмем дофамин (допамин), который содержится в лобных долях и некоторых других структурах мозга. Он улучшает настроение, влияет на функцию желудочно-кишечного тракта, облегчает работу мозга, связан с ощущением удовольствия. При снижении уровня дофамина, что характерно для описываемых детей, меняется поведение, дети становятся возбужденными, резко снижается самоконтроль, выражена неуправляемость, что часто выражается плохим поведением. Заметим, что девочки-подростки склонны к снижению дофамина. Они несговорчивы, вспыльчивы, противоречивы. У мальчиков-подростков при снижении дофамина возникает неразумное, нелогичное поведение. При снижении дофамина нужны витамины группы В (особенно В6) и минералы цинк и магний. Кроме того, дофамин ответственен за ощущения компенсации, награды. Не забудьте! Это важно! Учитывая особенность психики таких детей, связанной также с описанными биохимическими изменениями в мозге, их надо чаще хвалить. Ребенку надо чаще говорить, что он хороший, умный. Это способствует повышению уровня дофамина, и ребенок испытывает при этом удовольствие, у него возникает побуждение к действию.

На поведение ребенка заметно влияет (заметим, что у взрослого человека эти процессы протекают так же) дефицит серотонина, который управляет поведением, регулирует сон, настроение, определяет чувствительность к боли. Уже давно его называют «гормоном счастья», поэтому при снижении его уровня возникает подавленное настроение, нарушение сна, повышенный аппетит, агрессия. Отмечено, что для синтеза серотонина нужны витамины В6, В12, фолиевая кислота, кислород.

Для пациентов с СДВГ очень важным является химическое вещество норадреналин, которое находится в коре и ряде других важнейших отделов головного мозга. Он принимает участие в формировании важных для организма вегетативных структур мозга, управляет примитивными рефлексами. Благодаря ему человек в состоянии поддерживать сосредоточенность. Норадреналин важен для работы центра удовольствия, контролирует тот отдел мозга, который отвечает за проявления беспокойства, ярости, агрессии. Его уровень отчетливо влияет на поведение. Если он избыточен, то это выражается чрезмерной активностью, трудностью засыпания, тревогой, агрессией. Такие люди обычно всегда всем недовольны. Совершенно иная картина при дефиците норадреналина. Ребенок ничего не хочет делать, ко всему безразличен, к тому же у него нарушается память. Наблюдение за детьми с СДВГ показали, что изменение уровня этого вещества связано с нарушением его обмена, но в любом случае для ребенка это длительный стресс. Совершенно очевидно, что мы можем помочь ребенку, рекомендуя принимать вещества, активно способствующие улучшению обмена норадреналина. Это витамины группы В (особенно В1 и В6), цинк, магний, селен, железо, витамин С. Кстати, давно установлено, что дефицит витамина В1, цинка и магния есть сейчас практически у каждого человека. Итак, напоминаем, что пусковым механизмом агрессии может служить снижение норадреналина и серотонина.

Чтобы приблизить вас к полной картине сложных процессов в головном мозге у ребенка, страдающего СДВГ, давайте познакомимся еще с одним важным веществом – нейромедиатором. Это ацетилхолин, который также необходим для хорошей работы мозга. Его недостаточность, которая характерна для наших пациентов, проявляется расторможенностью, плохой памятью, нарушением процесса обучения, спутанностью сознания. Мы сознательно уже сейчас останавливаемся на некоторых конкретных рекомендациях, чтобы они хорошо усваивались нашими уважаемыми читателями. Некоторые ученые пришли к выводу, что помочь таким детям можно, исключая из меню продукты, содержащие вещества, задерживающие выработку ацетилхолина. К ним относятся, например, помидоры и картофель. А вот избежать потери ацетилхолина можно, рекомендуя продукты, содержащие холин, среди которых рыба и яйца.

Мы довольно поверхностно остановились на механизме функционирования основных нейротрансмиттеров, уровни которых достоверно изменены в организме детей с СДВГ. Сейчас известно около 30 таких веществ. Все они работают совместно, формируя наши мысли, ощущения, решения и действия, а мозговые центры образуют систему контроля и сопоставления информации, при этом организационные функции приписывают серотонину.

Из книги Мой ребенок – интроверт [Как выявить скрытые таланты и подготовить к жизни в обществе] автора Лэйни Марти

Пути передачи информации в головном мозге Третий элемент мозаики – это устойчивые пути передачи информации в головном мозге, которые формируются у детей на основе определенного рисунка распределения нейромедиаторов, которые возбуждают или тормозят те или иные клетки.

Из книги Ваш малыш неделя за неделей. От рождения до 6 месяцев автора Кейв Симона

Механизмы вознаграждения в мозге интроверта и экстраверта Узнать человека – значит обнаружить его истинный характер и отличить его от всех остальных. Герман Гессе Давайте поближе познакомимся с ацетилхолином – нейромедиатором, доминирующим у интровертов.

Из книги Право на лень автора Лафарг Поль

Что происходит с мамой Кровотечение после родов – это нормально, и оно будет обильнее, чем во время обычных месячных. Используйте гигиенические прокладки, а не тампоны, чтобы свести к минимуму риск инфекции. Если на прокладке вы заметите сгусток диаметром больше 3 см,

Из книги До трех еще рано автора Биддалф Стив

Что происходит с мамой Есть вероятность, что вы можете неожиданно описаться. Не беспокойтесь: это случается со многими женщинами и должно пройти к шестой неделе. Недержание мочи при кашле или смехе тоже распространено, но может продолжаться до года. Роды ослабляют мышцы

Из книги автора

Что происходит с мамой Если у вас до сих пор есть выделения, то на этой неделе они должны быть уже незначительными. Если это не так, поговорите с вашим врачом.У многих женщин после родов, особенно после кесарева сечения, развивается анемия. Ее признаки – крайняя усталость и

Из книги автора

Что происходит с мамой Во время беременности мышцы живота у вас могли разойтись в середине, чтобы оставить место для ребенка. Это случается более чем у двух третей женщин. После родов эти мышцы остаются в таком же состоянии. Вы даже можете нащупать щель между ними, нажимая

Из книги автора

Что происходит с мамой Сейчас вы перестанете быстро сбрасывать вес. Теперь, чтобы продолжать терять килограммы, вам придется выработать режим питания и физических упражнений, но если вы кормите грудью, то не худейте больше чем на 500 г в неделю, иначе это плохо скажется на

Из книги автора

Что происходит с мамой Если у вас нет никаких осложнений, то в шесть недель вы пройдете последний послеродовый осмотр у гинеколога. Доктор обследует ваш живот, чтобы убедиться, что матка возвращается к своему нормальному состоянию. Также у вас возьмут анализ мочи и

Из книги автора

Что происходит с мамой Если вы кормите грудью, то заметите, что сейчас молоко стало меньше подтекать, а грудь сделалась мягче. Вам может показаться, что выработка молока сократилась, но это не так. На самом деле она подстроилась под запросы ребенка.Матка вернулась к своим

Из книги автора

Что происходит с мамой Очень сложные роды могли сильно травмировать вас душевно, и, возможно, вы ловите себя на том, что до сих пор рассказываете всем о них, переживая ужасные подробности снова и снова, и клянетесь, что больше никогда не будете иметь детей, потому что не

Из книги автора

Что происходит с мамой Во время беременности кальций из вашего организма пошел на формирование костей и зубов ребенка, и вы можете продолжать терять кальций, если кормите грудью. Поэтому обязательно употребляйте продукты, в которых он содержится. Дневную дозу кальция

Из книги автора

Что происходит с мамой Сейчас мышцы вашего живота снова срастаются и становятся крепче. Это первый шаг на пути к плоскому животу. Вы можете ускорить процесс, выполняя легкую гимнастику, но не стоит начинать ее, если разрыв между мышцами все еще больше, чем два пальца. Чтобы

Из книги автора

Что происходит с мамой Теперь ваше тело вернулось к норме, и вы можете приступать к активным тренировкам. Начинайте медленно и увеличивайте нагрузку постепенно, так как может понадобиться до пяти месяцев, чтобы ваши связки полностью вернулись к тому состоянию, в котором

Из книги автора

Что происходит с мамой Если вы кормите грудью, то, возможно, на этой неделе перестанете чувствовать болезненный приход молока. Это совершенно нормально и не означает, что его у вас стало меньше. Вы также заметите, что уже не волнуетесь о том, как давать грудь: теперь вы

Из книги автора

III. Что происходит от перепроизводства Греческий поэт Антипатр, современник Цицерона, воспел изобретение водяной мельницы для размола зерна. По его мнению, она должна была освободить рабынь и восстановить золотой век: «Поберегите ваши руки, мельничихи, и спите

Для того чтобы достичь полного понимания биологических основ сознания, понадобится, возможно, еще несколько столетий. Но если всего лишь пару десятков лет назад к решению этой задачи приступать даже не решались, сегодня появились научные методы исследований в данной области.

Если отвечать вкратце, то ответ будет таков: наука пока не имеет удовлетворительного объяснения этого процесса. Удовлетворительного в том смысле, который имел в виду Ричард Фейнман, когда говорил: «То, что я не могу построить, я не могу понять». Мы не можем пока создать устройство, которое мыслит, и это в значительной степени связано не с техническими сложностями, а с тем, что мы не способны пока понять, как устроен мозг.

Что известно сейчас? Мы не можем сказать, как рождается мысль, но мы уже очень много знаем о том, что происходит в мозге при ее рождении, какие уникальные условия работы мозга создаются, когда возникает мысль. Исследуется это в специальных экспериментах, когда сравнивают предъявление мозгу каких-то осознаваемых ситуаций (рождающих мысль) и тех же ситуаций, которые он осознать не может. Например, если событие слишком коротко: зрительные и слуховые компоненты происходящего поступают в мозг, но до уровня сознания не доходят. Когда ученые сравнивают, что происходит в мозге при сознательной и неосознаваемой переработке информации, оказывается, что осознание связано с несколькими вещами.
Что происходит при осознании:

📎 во-первых, когда мы осознаем что-то, в коре головного мозга работает значительно больше нейронов в тех зонах, которые уже участвовали в обработке неосознанной информации.

📎 во-вторых, в момент осознания активируются те зоны, которые раньше не участвовали в неосознаваемой обработке сенсорных данных. Это зоны, связанные с передними областями мозга.

📎 в-третьих, между зонами, которые активируются в момент появления сознания (мысли), и зонами, которые связаны с нашим восприятием окружающего мира, начинают устанавливаться быстрые циклические взаимодействия - реверберации.

📎 в-четвертых, только после того как начинается циркуляция возбуждений по этой сети, появляется момент осознания. Мы не всегда понимаем это, но наше сознание очень сильно отстает от момента реакции мозга на какие-то события. Если точно известно, в какую миллисекунду предъявлена на экране фотография или слово, можно убедиться, что осознание появляется примерно через полсекунды (200–400 миллисекунд) после показа. А реакция областей мозга, которые воспринимают информацию неосознанно (ранняя реакция), возникает заметно раньше, то есть через 60–100 миллисекунд. Все эти четыре компонента складываются в общую картину. Когда у нас появляется вспышка сознания, это происходит из-за того, что разные области мозга - и те, которые связаны с умственным напряжением, вниманием (передние), и те, которые связаны с восприятием внешнего мира - синхронизуются вместе в специальных циклах циркуляции информации. Синхронизация устанавливается на поздних фазах действия внешнего сигнала (через полсекунды), и в этот момент появляется сознание.

Тайны нервного кода
Мы также знаем, что воздействие на разные этапы этих четырех компонентов (иногда они наблюдаются в медицине, при травмах, кроме того, их можно вызывать искусственно при магнитной симуляции) способно разрушить сознание, и человек окажется в области подсознательного либо попросту в коме.

Мозг часто сравнивают с компьютером, но это очень грубая и неточная аналогия. Нервный код устроен совсем по-другому, нежели коды Тьюринговской машины. Мозг не работает на бинарной логике, он не работает как тактовый процессор, он функционирует как массивная параллельная сеть, где основным элементом кода является момент синхронизации разных клеток с их опытом, в результате чего и возникает то субъективное ощущение, мысль или действие, которые занимают в этот миг театр сознания, поле нашего внимания. Это код синхронизации многих элементов, а не ход пошаговых вычислений.

Нейроны и образы
В момент образования связей между клетками не передается что-то похожее на психическую информацию. Между ними передаются химические вещества, которые позволяют нейронам объединиться в ту или иную систему. Каждая из этих систем уникальна, потому что клетки специализированы. Например, это клетки, воспринимающие образ синего неба, белой оконной рамы, лица и т. д. Все вместе они дают на какое-то короткое время тот осознаваемый образ, который и занимает наше внимание. Такие «кадры» могут очень быстро меняться, и следующие несколько десятков миллисекунд в мозгу появится другая конфигурация клеток, которая связана с другим набором нейронов. И это постоянный поток, лишь небольшая часть которого осознается посредством возникающих синхронизаций. Есть масса вещей, которые работают при этом параллельно центральному звену. Они не осознаются и построены на автоматизированных процессах. Я сижу, балансирую, поддерживаю температуру тела, давление, дыхание. Это всё управляется массой функциональных систем, которые не должны идти в широковещание на весь мозг.

Мозг под управлением ОС
Однако при всей несхожести нервного и бинарного кодов некие параллели между мозгом и компьютером все же можно провести.

Мозг обладает подобием операционной системы, и на этот счет существует несколько гипотез. В одной из них - теории функциональных систем - существует понятие операционной архитектоники системы. Это некий синтез сенсорных и мотивационных сигналов, извлечений из памяти, который вовлекает все эти компоненты в единое рабочее пространство - то, где ставится цель и принимается решение. Есть также теория сознания как глобального рабочего пространства. Согласно ей существует определенная операциональная архитектура, которая как операционная система способна вовлекать разные клетки в процессы осознания. Она вовлекает нейроны передних областей коры, которые имеют длинные проекции во все остальные области коры, и когда происходит «зажигание» этих нейронов, они начинают «крутить» информацию по всем остальным областям. Это некий центральный процессор, и он включается, только когда есть сознание. Во всем остальном мозг может работать автоматически. Вы можете вести машину, а ваше сознание будет занято некими внутренними вопросами, и «процессор» будет работать для них. И лишь в тот момент, когда происходит что-то неожиданное (кто-то перебегает дорогу, например), операционная система начинает работать на режим внешнего мира.

Константин Владимирович Анохин, российский ученый, нейробиолог, профессор, член-корреспондент РАН и РАМН. Лауреат премий Ленинского комсомола, имени Де Вида Нидерландской академии наук, Президиума Российской академии медицинских наук и Национальной премии «Человек года» в номинации «Потенциал и перспектива в науке»