Щелкнуть выключателем сознания
Давайте перейдем к современным зомби, или, по крайней мере, к зомби из современных фильмов ужасов, о которых думают люди, когда слышат это слово. Мы проведем много времени в разговорах о том, как живые мертвецы ходят, видят, говорят (или не говорят) и т. д. Но обычно первые вопросы, которые люди задают о зомби, – это «В сознании ли они?» или «Есть ли у них свобода воли?».
Давайте проясним. Мы не знаем, в сознании ли зомби или нет. Во-первых, потому, что зомби в фильмах ужасов не настоящие. Но, даже оставив это в стороне и притворившись, что зомби в фильмах – настоящие существа, мы все равно не сможем этого узнать. Они определенно не выглядят так, словно действуют под давлением воли. Но порой этим отличаются и обычные люди, не зомби. У науки нет «сознаниеметра», который позволил бы нам легко проверить, есть ли у человека или животного сознание или нет. Отчасти проблема заключается в том, что нейронаука мало знает о том, что такое сознание, и уж тем более о том, как оно возникает в мозге[15].
Есть одно состояние, которое весьма очевидно включает потерю сознания, – состояние сна. Каждую ночь большинство из нас укладывается спать, и в итоге произвольные части нашего мозга вроде как просто выключаются. Мы определенно не делаем ничего произвольного, пока спим, и точно не упражняем свободу воли над собой (если только вы не из тех редких осознанных сновидцев, и в таком случае мы не знаем, как вас определить).
|
|
|
В маленьком интеллектуальном приключении, в которое мы вовлеклись, для понимания зомби особенно важны механизмы сна, потому что мы никогда не видели, как зомби спят… никогда! Но в то же время живые мертвецы не выглядят словно они в полном сознании. В чем же дело? Чтобы понять это, нам сначала нужно понять природу сна у так называемых «нормальных людей» вроде нас[16]. Как именно наш мозг щелкает выключателем и переходит из состояния полного бодрствования в глубокую бессознательную дрему?
Ответ на вопрос, как мозг регулирует сон, приходит из истерзанной войной Европы 1917 г. Первая мировая война все еще бушевала на континенте и оставляла широкие пространства необитаемых земель. Миллионы мужчин, женщин и детей уже были мертвы либо в результате непосредственных сражений, либо от болезней, которые следовали за ними.
И вот на фоне этого истерзанного войной ландшафта появились слухи о новой и еще более ужасающей угрозе, чем пули, бомбы или новое химическое оружие. Странная и загадочная болезнь начала косить людей на передовой. У людей, зараженных этой болезнью, наблюдалась лихорадка, неконтролируемые судороги конечностей (называемые хореей), трудности фиксации взора и очень странные психиатрические симптомы. Порой люди бывали неконтролируемо маниакальны, гипервозбуждены до состояния бреда. Но гораздо чаще пораженные болезнью люди погружались в глубокий дремотный ступор, чувствуя себя слишком уставшими, чтобы подняться с постели. Эта летаргия часто прогрессировала до состояния комы и во многих случаях заканчивалась смертью.
|
|
|
В этой обстановке молодой врач Константин Александр Экономо, барон фон Сан-Серф лечил больных и раненых, которые возвращались в Вену с линии фронта. Экономо ни в коем случае не являлся обычным врачом. Нам нравится думать, что он был «самым интересным человеком в мире». Яркий мужчина сорока с небольшим лет, с острым ястребиным носом над ухоженными усами, Константин Экономо был уже ученым с мировым именем и публиковал активно цитируемые статьи с 23 лет. Он был женат на принцессе и, кроме того, опубликовал несколько новаторских работ по нейроанатомии, медицине и физиологии, попутно получив несколько самых престижных научных наград того времени. О, мы не сказали, что он был еще и высококлассным пилотом? По правде, полеты, возможно, были большей страстью Экономо, чем наука. Он был первым сертифицированным пилотом в Вене и на протяжении 16 лет являлся президентом воздухоплавательного общества в Австрии. Во время Первой мировой войны Экономо не раз пытался проявить себя на фронте. В итоге ему позволили сделать несколько вылетов в Северной Италии, в одной из самых тяжелых воздушных битв времен Первой мировой.
|
|
|
Вполне понятно, что стремление Константина Экономо быть военным летчиком беспокоило его семью. Растущее давление со стороны домашних в итоге вернуло его назад в Вену, где он увлекся более безопасными занятиями вдали от передовой. Мы думаем, что, конечно, он сделал это скрепя сердце. Однако именно эта перемена места позволила Экономо войти в историю.
Работая в больнице, Экономо обнаружил у пациентов признаки новой загадочной болезни. Некоторые пациенты двигались словно в замедленной съемке или проваливались в сон, словно в нарколепсии, стоило персоналу приглушить свет. А другие, напротив, казались неспособными ко сну, но у них наблюдались неконтролируемые судороги.
Медицинское сообщество никогда не сталкивалось ни с чем подобным. Был ли это грипп, как азиатская пандемия, которая унесла жизни миллиона человек 20 годами ранее? Или полиомиелит? Двигательная активность пациентов была аномальной, поэтому возможно, что между этими двумя болезнями существовала связь.
|
|
|
Конечно, все эти гипотезы были неверны. Константин Экономо наблюдал первых пациентов, подхвативших новую и поныне загадочную болезнь, которую он сам назвал летаргическим энцефалитом. Эта форма энцефалита в следующее десятилетие распространилась по всему миру, поражая десятки тысяч (если не более) людей, и исчезла так же быстро, как и возникла.
Летаргический энцефалит характеризуется воспалением мозга, особенно ствола мозга (стебелька, который расположен в черепе прямо над спинным мозгом), среднего (того, что находится прямо над стволом) и промежуточного мозга (областей между средним мозгом и новой корой). Возбудитель болезни не был обнаружен, и он сохраняет инкогнито до сих пор. В 1917 г. это была просто таинственная болезнь непонятного происхождения, вызывающая почти феномен антизомби: вместо того чтобы заставлять мертвых бродить среди живых, она часто приводила к тому, что живые казались почти мертвыми.
Так как нарушения сна были наиболее ярким симптомом летаргического энцефалита, Экономо повел себя как невролог-криминалист и попробовал понять, может ли болезнь пролить свет на природу самого мозга. Точнее, может ли болезнь сказать нам, какие области мозга отвечают за сон и пробуждение?
В это время в науке существовало несколько частично подтвержденных гипотез о том, как мозг засыпает. По одной гипотезе, которую Константин Экономо назвал «теорией отсутствия стимулов», предполагалось, что из-за физической закупорки мозга кора просто немеет (так же, как ваша рука, если блокировать кровоток к ней). Другая гипотеза утверждала, что тело выделяет в кровь вещества, которые действуют как снотворное и выключают кору. Это утверждение было основано на наблюдениях за тем, как кровь уставших и лишенных сна собак вводили в вены здоровым, отдохнувшим животным и те засыпали.
Однако ни одна из этих гипотез не соответствовала тому, что Экономо видел у своих пациентов. Он заметил, что пациентам с симптомами чрезмерной дремоты и кататонии[17] трудно фиксировать взор, а это симптом, который наблюдается, когда раздражен зрительный нерв (о нерве, который посылает сигналы в зрительную кору, см. главу 7); этот вариант болезни был назван «сонная офтальмоплегия». Напротив, пациенты с бессонницей и хореей проявляли симптомы моторных расстройств, которые возникают из-за повреждений базальных ганглиев (мы поговорим об этой области больше в главе 3).
Исходя из этих наблюдений, Экономо предположил, что гипоталамус, который является частью промежуточного мозга, должен отвечать за сон и пробуждение. Более конкретно, он решил, что нейроны, которые отвечают за сон, должны находиться в передней части промежуточного мозга, рядом со зрительным нервом, в то время как нейроны, которые стимулируют пробуждение, должны лежать в задней части промежуточного мозга и продолжаться в среднем мозге. С этой точки зрения, чтобы позволить нам уснуть, отвечающие за сон нейроны запускают каскад событий, успокаивающих кору; а чтобы проснуться, отвечающие за пробуждение нейроны запускают противоположный каскад событий.
Константин Экономо представил эту идею на знаменитой лекции, которую прочел в 1933 г., незадолго до смерти. Он первым предположил возможность такой «дуэли» между зонами мозга, способствующими сну и пробуждению. А теперь давайте перенесемся на 80 лет вперед, почти в современность. Как выяснилось, Экономо попал в яблочко со своими наблюдениями. Мы теперь знаем, что сон и пробуждение регулируются хрупким балансом сил между двумя глубинными системами мозга.
Начнем с того, как мы пробуждаемся. Прежде чем мы проснемся, набор нейронов в глубине ствола мозга, называемый ретикулярной активирующей системой (РАС), наводняет таламус и новую кору нейровеществами, которые увеличивают скорость ответов большинства нейронов в новой коре. Можно представить это как маленькое собрание нейронов в стволе мозга, которые кричат «ПРОСНИСЬ!» остальному мозгу. Считается, что этот «включатель» РАС начинает, в частности, с того, что активирует небольшой набор нейронов в задней доле гипоталамуса, называемой туберомамиллярным ядром (ТМЯ). То есть похоже, что ТМЯ – это область, которую Экономо открыл в исследовании пациентов с летаргическим энцефалитом.
Затронув ТМЯ и несколько других ядер, сигналы от РАС начинают пробуждать мозг. В этом процессе сигналы проходят несколько «бутылочных горлышек» по пути к коре, что вызывает особенную проблему, если поврежден соответствующий миллиметр мозга. Например, если у вас окажется небольшое повреждение в этих «бутылочных горлышках» в таламусе, вам никогда до конца не проснуться, или по крайней мере часть вас никогда не проснется.
Видите ли, повреждение определенных зон таламуса (особенно центрального таламуса) приводит к тому, что вы теряете способность быстро отвечать на стимулы, которые возникают на противоположной части вашего тела. Например, если поврежден таламус слева, вам будет трудно отвечать на то, что происходит с правой стороны вашего тела. Вспышка справа в вашем зрительном поле? Вы даже не моргнете. Гниющая рука, хватающая вас за правую ногу? Никакой реакции.
Это отсутствие ответа связано с тем, что половина вашего мозга еще спит, так как не получает сигналов пробуждения от РАС, и вы не обращаете внимания на то, что происходит с другой стороны вашего мозга.
А «выключатель», который позволяет вам засыпать, запускается набором нейронов, выключающих РАС. Набор нейронов, который находится в гипоталамусе, называется вентролатеральным преоптическим ядром (ВЛПО), оно запускает каскад сна. Эти нейроны посылают химические вещества, подавляющие нервную активность зон возбуждения РАС в стволе мозга. Эти возбуждающие нейроны быстро выключаются (технически они просто стреляют с меньшей скоростью, но для простоты можно считать, что они выключаются), что замедляет активность новой коры, парализует сигналы, которые происходят в мышцах, чтобы сократить движения, и удерживает вас в состоянии ступора, пока сигналы от ВЛПО не прекращаются.
Вот так: взаимодействие двух систем. Одна система, чуть впереди, вас усыпляет. Другая система, сразу за ней, запускает каскад, чтобы вас разбудить.
Другая любопытная черта нашего цикла «сон – бодрствование» в том, что он следует ритму 24 часа. Если вы чувствуете себя достаточно уставшим, чтобы лечь сегодня спать в десять часов вечера, скорее всего, вы будете таким же уставшим в десять часов вечера завтра. То же верно и с пробуждением. Если только вы не загуляете в предыдущую ночь, обычно вы просыпаетесь примерно в то же время каждое утро.
Этот 24-часовой цикл, который называется циркадным ритмом, регулируется другой небольшой группой нейронов в области, которая называется «супрахиазматическое ядро» и входит в гипоталамус. Эта крошечная группа из 20 000 нейронов получает прямые сигналы от светочувствительных клеток глаза. Это значит, что супрахиазматическое ядро минует наши сознательные зрительные системы таламуса и зрительной коры и получает информацию непосредственно от источника (нашей сетчатки). Так как эти нейроны реагируют на свет, они ведомы циклом дня/ночи Земли, который также имеет 24-часовой цикл и заставляет циркадный ритм работать в его периоде.
Что происходит, если повреждается супрахиазматическое ядро? Поразительно: люди сохраняют естественный ритм сна и пробуждения, но они больше не следуют 24-часовому циклу. Вместо этого у них возникает цикл 25 или 26 часов, проблема, известная под названием «не 24-часовое нарушение цикла "сон – бодрствование"». Словно, не зная о восходе и заходе солнца на Земле, естественная тенденция тела – жить 25-часовым днем. Но не важно, какой длины наш внутренний циркадный ритм, тот факт, что люди с повреждением супрахиазматического ядра все равно нуждаются в регулярном сне, доказывает одно: сон жизненно необходим для людей.
Сны как проигрывание дня
Что происходит, когда мы наконец засыпаем? Пока мы говорили о сне как о «выключенном» состоянии. Но в этом «выключенном» состоянии мозг делает невероятно сложные вещи.
Возможно, вы слышали, что в какой-то момент во сне мы вступаем в фазу сна с быстрым движением глаз (rapid eye movement, REM). Во время быстрого сна части системы возбуждения слегка просыпаются. Активность новой коры возрастает, и нейроны в покрышке среднего мозга, части среднего мозга, который также входит в РАС, тоже начинают работать больше. Однако в отличие от состояния, когда мы бодрствуем, клетки, которые отвечают за сон в ВЛПО, и клетки, которые парализуют периферические мышцы, остаются активны, и мозг пребывает в квазибодрствовании, но больше во сне. Именно в этом состоянии сновидений происходит что-то очень странное в части мозга, которая в течение дня кодирует воспоминания событий, называемые эпизодическими воспоминаниями.
Глубоко в мозге есть маленькая область в форме морского конька – гиппокамп. Мы поговорим об этой структуре и его связи с памятью позже (в главе 10). Обычно гиппокамп считают ответственным за консолидацию кратковременных воспоминаний в долговременную память. И все же гиппокамп еще играет важную роль в ориентировании в пространстве (способность использовать ориентиры, чтобы понять, как добраться из пункта А в пункт Б). Мы пока предполагаем, что гиппокамп делает это, создавая маленькую внутреннюю карту среды, в которой мы движемся.
Если вы изучите электрическую активность гиппокампа, вы найдете набор клеток, обладающих поразительным качеством. Эти нейроны, называемые нейронами места, «стреляют», когда вы находитесь в определенной части пространства.
Обычно в этот момент студенты-нейропсихологи восклицают: «Погодите… что?..»
Возможно, проще будет понять это с примером. Представьте, что вы только что вошли в ванную, которую считали пустой, и обнаружили в одном ее углу хищного зомби, а в другом – мощный топор. Как только вы пересекаете дверной проем, несколько нейронов места в гиппокампе начинают «стрелять», сообщая мозгу: «Мы переместились в центральную часть комнаты». Когда вы перебегаете на другую сторону ванной, где лежит топор, «выстреливают» разные наборы клеток, чувствительные к вашему положению в комнате. Есть клетки, которые «стреляют», когда вы обходите опрокинутое ведро, другие – когда перепрыгиваете через лужу воды из сломанного унитаза, и еще один набор «выстреливает», когда вы добираетесь до угла с топором.
Вы, возможно, спрашиваете, с чего бы гиппокампу беспокоиться о том, где именно в комнате вы находитесь: разве мы не сказали, что гиппокамп – это структура мозга, которая отвечает за воспоминания? Отличный вопрос от очень наблюдательного читателя! Последовательность, в которой нейроны места «выстреливают», то есть в каком порядке, обеспечивает вашему мозгу небольшую историю движений в среде вроде маленького следящего устройства на карте в видеоигре, показывающего, где вы были. Чем больше вы исследуете комнату, тем точнее гиппокамп создает «моментальный снимок» вашего опыта перемещения в комнате. Это дает вам лучшее ощущение пространства, понимание, как двигаться в нем в другой раз, когда вы окажетесь там (предположим, что вы переживете это тесное туалетное сближение с живым мертвецом).
Какое отношение это имеет ко сну? Во время глубокой (хотя и не самой глубокой) фазы сна ваш мозг повторит эти последовательности активности нейронов места как способ воспроизвести тот опыт, который был у вас в течение дня. Ученые в середине 90-х гг. XX века обнаружили это, сравнивая активность нейронов места у крыс в период бодрствования и сна. Они выяснили, что активность клеток, которая была записана у крыс, исследующих свои жилища, повторялась потом в той же последовательности, когда грызуны спали.
Допустим, вы как-то умудрились выжить в вашем небольшом столкновении с зомби и оказались достаточно удачливы, чтобы прикорнуть позже. Пока вы спите, нейроны в гиппокампе повторят ваши движения в зараженной зомби ванной, по-видимому, чтобы консолидировать ваши воспоминания о среде – в следующий раз вы будете готовы, когда зайдете в эту злополучную комнату. Эта консолидация памяти во время сна – критически необходимая часть нормального функционирования памяти. Без сна трудно кодировать воспоминания, зависимые от гиппокампа (подробнее на эту тему мы поговорим потом).
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 161; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!