Может ли мозг исследовать себя. Как наука изучает мозг

Психология – одна из древнейших наук в современной системе научного знания. Она возникла как результат осознания человеком самого себя. Само название этой науки – психология (psyche – душа, logos – учение) указывает, что основное ее предназначение – познание своей души и ее проявлений – воли, восприятия, внимания, памяти и т.д. Нейрофизиология – специальный раздел физиологии, изучающий деятельность нервной системы, возникла намного позже. Практически до второй половины XIX века нейрофизиология развивалась как экспериментальная наука, базирующаяся на изучении животных. Действительно, «низшие» (базовые) проявления деятельности нервной системы одинаковы у животных и человека. К таким функциям нервной системы относятся проведение возбуждения по нервному волокну, переход возбуждения с одной нервной клетки на другую (например, нервную, мышечную, железистую), простые рефлексы (например, сгибания или разгибания конечности), восприятие относительно простых световых, звуковых, тактильных и других раздражителей и многие другие. Только в конце XIX столетия ученые перешли к исследованию некоторых сложных функций дыхания, поддержания в организме постоянства состава крови, тканевой жидкости и некоторых других. При проведении всех этих исследований ученые не находили существенных различий в функционировании нервной системы как в целом, так и ее частей у человека и животных, даже очень примитивных. Например, на заре современной экспериментальной физиологии излюбленным объектом была лягушка. Только с открытием новых методов исследования (в первую очередь электрических проявлений деятельности нервной системы) наступил новый этап в изучении функций головного мозга, когда стало возможным исследовать эти функции, не разрушая мозг, не вмешиваясь в его функционирование, и вместе с тем изучать высшие проявления его деятельности – восприятие сигналов, функции памяти, сознания и многие другие.

Как уже указывалось, психология как наука намного старше, чем физиология, и на протяжении многих веков психологи в своих исследованиях обходились без знаний физиологии. Конечно, это связано прежде всего с тем, что знания, которыми располагала физиология 50–100 лет тому назад, касались только процессов функционирования органов нашего тела (почек, сердца, желудка и др.), но не головного мозга. Представления ученых древности о функционировании головного мозга ограничивались только внешними наблюдениями: они считали, что в головном мозге – три желудочка, и в каждый из них древние врачи «помещали» одну из психических функций (рис. 1).

Перелом в понимании функций головного мозга наступил в XVIII столетии, когда стали изготавливать очень сложные часовые механизмы. Например, музыкальные шкатулки исполняли музыку, куклы танцевали, играли на музыкальных инструментах. Все это приводило ученых к мысли, что наш головной мозг чем-то очень похож на такой механизм. Только в XIX веке окончательно было установлено, что функции головного мозга осуществляются по рефлекторному (reflecto – отражаю) принципу. Однако первые представления о рефлекторном принципе действия нервной системы человека были сформулированы еще в XVIII столетии философом и математиком Рене Декартом. Он полагал, что нервы представляют собой полые трубки, по которым от головного мозга, вместилища души, передаются животные духи к мышцам. На рис. 2 видно, что мальчик обжег ногу, и этот стимул запустил всю цепь реакций: вначале «животный дух» направляется к головному мозгу, отражается от него и по соответствующим нервам (трубкам) направляется к мышцам, раздувая их. Здесь без труда можно увидеть простую аналогию с гидравлическими машинами, которые во времена Р. Декарта были вершиной достижения инженерной мысли. Проведение аналогии между действием искусственных механизмов и деятельностью головного мозга – излюбленный прием при описании функций мозга. Например, наш великий соотечественник И. П. Павлов сравнивал функцию коры больших полушарий головного мозга с телефонным узлом, на котором барышня-телефонистка соединяет абонентов между собой. В наше время головной мозг и его деятельность чаще всего сравнивают с мощным компьютером. Однако любая аналогия весьма условна. Не вызывает сомнений, что головной мозг действительно выполняет огромный объем вычислений, но принцип его деятельности отличен от принципов действия компьютера. Но вернемся к вопросу: зачем психологу знать физиологию головного мозга?

Вспомним идею рефлекса, высказанную еще в XVIII веке Р. Декартом. Собственно зерном этой идеи было признание того, что реакции живых организмов обусловлены внешними раздражениями благодаря деятельности головного мозга, а не «по воле Божьей». В России эта идея была с воодушевлением воспринята научной и литературной общественностью. Вершиной этого был выход в свет знаменитого труда Ивана Михайловича Сеченова «Рефлексы головного мозга» (1863), оставившего глубокий след в мировой культуре. Свидетельством служит тот факт, что в 1965 г., когда исполнилось столетие со дня выхода этой книги в свет, в Москве под патронажем ЮНЕСКО прошла международная конференция, на которой присутствовали многие ведущие нейрофизиологи мира. И. М. Сеченов впервые полно и убедительно доказал, что психическая деятельность человека должна стать объектом изучения физиологами.

И. П. Павлов развил эту мысль в виде «учения о физиологии условных рефлексов».

Ему принадлежит заслуга в создании метода экспериментального исследования «высшего этажа» головного мозга коры – больших полушарий. Этот метод назван «методом условных рефлексов». Он установил фундаментальную закономерность: предъявление животному (И. П. Павлов проводил исследования на собаках, но это верно и для человека) двух стимулов – вначале условного (например, звук зуммера), а затем безусловного (например, подкармливание собаки кусочками мяса). После некоторого числа сочетаний это приводит к тому, что при действии только звука зуммера (условного сигнала) у собаки развивается пищевая реакция (выделяется слюна, собака облизывается, скулит, смотрит в сторону миски), т.е. образовался пищевой условный рефлекс (рис. 3). Собственно этот прием при дрессировке был давно известен, но И. П. Павлов сделал его мощным инструментом научного исследования функций головного мозга.

Физиологические исследования в сочетании с изучением анатомии и морфологии головного мозга привели к однозначному заключению – именно головной мозг является инструментом нашего сознания, мышления, восприятия, памяти и других психических функций.

Основная трудность исследования заключается в том, что психические функции чрезвычайно сложны. Психологи исследуют эти функции своими методами (например, при помощи специальных тестов изучают эмоциональную устойчивость человека, уровень умственного развития и другие свойства психики). Характеристики психики исследуются психологом без «привязки» к мозговым структурам, т.е. психолога интересуют вопросы организации самой психической функции, но не то, как работают отдельные части головного мозга при осуществлении этой функции. Только относительно недавно, несколько десятилетий назад, появились технические возможности для исследования методами физиологии (регистрация биоэлектрической активности головного мозга, исследование распределения тока крови и др., подробнее см. далее) некоторых характеристик психических функций – восприятия, внимания, памяти, сознания и др. Совокупность новых подходов к исследованию головного мозга человека, сфера научных интересов физиологов в области психологии и привели к появлению в пограничной области этих наук новой науки – психофизиологии. Это обусловило взаимопроникновение двух областей знаний – психологии и физиологии. Поэтому физиологу, который исследует функции головного мозга человека, необходимы знания психологии и применение этих знаний в своей практической работе. Но и психолог не может обойтись без регистрации и исследования объективных процессов головного мозга с помощью электроэнцефалограмм, вызванных потенциалов, томографических исследований и пр. Какие же подходы к исследованию физиологии головного мозга человека привели ученых к современной сумме знаний?

В биологии существует принцип, который может быть сформулирован как принцип единства структуры и функции. Например, функция сердца (проталкивать кровь по сосудам нашего организма) полностью определяется строением и желудочков сердца, и клапанов, и прочего. Этот же принцип соблюдается и для головного мозга. Поэтому вопросы морфологии и анатомии головного мозга всегда считались очень важными при изучении деятельности этого сложнейшего органа.

Анатомия и морфология головного мозга – древняя наука. В названиях структур головного мозга сохранены имена древних анатомов – Виллизия, Сильвия, Роланда и многих других. Головной мозг человека состоит из больших полушарий – высшего центра его психической деятельности (см. приложение 1). Это самая большая часть нашего головного мозга. Промежуточный мозг состоит из двух неравноценных частей: таламуса, который является своеобразным распределителем (коллектором) сигналов, направляющихся к областям коры, в том числе сигналов от органов зрения, слуха и др., и гипоталамуса (расположенного под таламусом), который «заведует» в нашем организме вегетативными (обеспечивающими «растительную» жизнь нашего организма) функциями. Благодаря гипоталамусу происходят рост и созревание (в том числе половое) нашего организма, поддерживается постоянство внутренней среды, например поддержание температуры тела, выведение из организма шлаков, потребление пищи и воды и многие другие процессы.

Наконец, заднюю часть головного мозга занимает мозговой ствол, который, в свою очередь, состоит из ряда отделов: среднего мозга, моста и продолговатого мозга. Эти структуры принимают участие в осуществлении сложнейших функций организма – поддержании уровня кровяного давления, дыхании, установке взора, регулировании цикла сон–бодрствование, в проявлении ориентировочных реакций и многих других. Из мозгового ствола выходят 10 пар черепных нервов, благодаря деятельности которых осуществляется множество функций: регуляции функций сердца и дыхания, деятельность лицевой мускулатуры, восприятие сигналов из внешнего мира и внутренней среды. Всю сердцевину мозгового ствола занимает ретикулярная (сетчатая) формация. Деятельность этой структуры определяет цикл сон–бодрствование, нарушение ее целостности приводит к грубым нарушениям сознания, которое врачи называют комой. Над мостом находится мозжечок, или малый мозг.

Мозжечок у человека (в дословном переводе мозжечок это – малый мозг) состоит из полушарий и соединяющего их червя. Функции мозжечка многообразны, его поражение вызывает расстройства в регуляции движений: человек неспособен совершать правильную последовательность движений отдельных частей своего тела, при ходьбе не успевает перемещать центр тяжести, походка становится неуверенной, он может упасть на ровном месте. Самой каудальной (от cauda – хвост, задний отдел) частью ЦНС (центральной нервной системы) является спинной мозг.

Спинной мозг человека состоит более чем из трех десятков сегментов и заключен в позвоночник. Каждому сегменту примерно соответствует позвонок. Основная функция спинного мозга – передача к частям тела сигналов от вышележащих отделов центральной нервной системы, а также направление сигналов от соответствующих частей тела к вышележащим отделам мозга. Спинной мозг способен также к довольно сложной самостоятельной деятельности. На уровне спинного мозга осуществляются весьма сложные вегетативные рефлексы, определяющие мочеиспускание, дефекацию, потоотделение, покраснение кожи и многие другие. На уровне отдельных сегментов спинного мозга могут осуществляться рефлексы, участвующие в управлении движениями, например коленный, ахиллов и др. Спинной мозг дает начало вегетативной нервной автономной системе, деятельность которой весьма важна для защиты организма от неблагоприятных воздействий – холода, перегрева, кровопотери и т.п.

Методы исследования головного мозга человека постоянно совершенствуются. Так, современные методы томографии позволяют увидеть строение головного мозга человека, не повреждая его. На рис. 4 показан принцип одного из таких исследований – методом магнитно-резонансной томографии. Головной мозг облучают электромагнитным полем, применяя для этого специальный магнит. Под действием магнитного поля диполи жидкостей мозга (например, молекулы воды) принимают его направление. После снятия внешнего магнитного поля диполи возвращаются в исходное состояние, при этом возникает магнитный сигнал, который улавливается специальными датчиками. Затем это эхо обрабатывается с помощью мощного компьютера и методами компьютерной графики отображается на экране монитора. Благодаря тому что внешнее магнитное поле, создаваемое внешним магнитом, можно сделать плоским, таким полем как своеобразным «хирургическим ножом» можно «резать» головной мозг на отдельные слои. На экране монитора ученые наблюдают серию последовательных «срезов» головного мозга, не нанося ему никакого вреда. Этот метод позволяет исследовать, например, злокачественные образования головного мозга (рис. 5).

Еще более высоким разрешением обладает метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Исследование основано на введении в мозговой кровоток позитрон-излучающего короткоживущего изотопа. Данные о распределении радиоактивности в мозге собираются компьютером в течение определенного времени сканирования и затем реконструируются в трехмерный образ. Метод позволяет наблюдать в головном мозге очаги возбуждения, например, при продумывании отдельных слов, при их проговаривании вслух, что свидетельствует о его высоких разрешающих возможностях. Вместе с тем многие физиологические процессы в головном мозге человека протекают значительно быстрее тех возможностей, которыми обладает томографический метод. В исследованиях ученых немаловажное значение имеет финансовый фактор, т.е. стоимость исследования. К сожалению, томографические методы очень дороги: одно исследование мозга больного человека может стоить сотни долларов.

В распоряжении физиологов имеются также различные электрофизиологические методы исследования. Они также совершенно не опасны для мозга человека и позволяют наблюдать течение физиологических процессов в диапазоне от долей миллисекунды (1 мс = 1/1000 с) до нескольких часов. Если томография – продукт научной мысли XX века, то электрофизиология имеет глубокие исторические корни.

В XVIII столетии итальянский врач Луиджи Гальвани заметил, что отпрепарированные лапки лягушки (сейчас мы называем такой препарат нервно-мышечным) сокращаются при соприкосновении с металлом. История сохранила нам легенду: молодая красивая жена Гальвани заболела чахоткой. Согласно предписаниям медицины того времени больной требовалось усиленное питание бульоном из лягушачьих лапок. Для этой цели заботливый муж заготовил много таких лапок и развесил их на веревке на балконе. Они раскачивались под легким ветром и изредка прикасались к медным перилам балкона. Каждое такое соприкосновение приводило к сокращению лапки. Гальвани обнародовал свое замечательное открытие, назвав его биоэлектричеством. Нам известно также имя его замечательного оппонента и соотечественника физика – А. Вольта, который представил доказательства, что ток возникает на границе двух металлов (например, цинка и меди), помещенных в раствор соли. Таким образом, Вольта утверждал, что биоэлектричества не существует, и как физик привел простое физическое доказательство. Однако Гальвани доказал, что лапка лягушки может сокращаться и без соприкосновения с металлом. Он придумал опыт, который до сих пор выполняют в физиологическом практикуме студенты – медики и биологи. Опыт состоит в следующем. Если две отпрепарированные лягушачьи лапки положить рядом, затем икроножную мышцу одной лапки рассечь скальпелем и на место разреза пинцетом быстро набросить нерв от неповрежденного нервно-мышечного препарата, то его икроножная мышца в этот момент сократится. Как часто бывает в научных спорах, оба ученых оказались правы: Вольта изобрел устройство для производства электрического тока, которое вначале было названо вольтовым столбом, а в наше время называют гальваническим элементом, но имя Вольта осталось в науке как наименование единицы электрического напряжения – вольт.

Пропустим значительный отрезок истории и обратимся к XIX столетию. К этому времени уже появились первые физические приборы (струнные гальванометры), которые позволяли исследовать слабые электрические потенциалы от биологических объектов. В Манчестере (Англия) Г. Катон впервые поместил электроды (металлические проволочки) на затылочные доли головного мозга собаки и зарегистрировал колебания электрического потенциала при освещении светом ее глаз. Подобные колебания электрического потенциала сейчас называют вызванными потенциалами и широко используют при исследовании мозга человека. Это открытие прославило имя Катона и дошло до нашего времени, но современники замечательного ученого глубоко чтили его как мэра Манчестера, а не как ученого.

В России подобные исследования проводил И. М. Сеченов: ему впервые удалось зарегистрировать биоэлектрические колебания от продолговатого мозга лягушки. Другой наш соотечественник, профессор Казанского университета И. Правдич-Неминский изучал биоэлектрические колебания мозга собаки при различных состояниях животного – в покое и при возбуждении. Собственно, это были первые электроэнцефалограммы. Однако мировое признание получили исследования, проведенные в начале XX века шведским исследователем Г. Бергером. Используя уже значительно более совершенные приборы, он зарегистрировал биоэлектрические потенциалы головного мозга человека, которые теперь называют электроэнцефалограммой. В этих исследованиях впервые был зарегистрирован основной ритм биотоков мозга человека – синусоидальные колебания с частотой 8–12 Гц, который получил название альфа-ритма. Это можно считать началом современной эры исследования физиологии головного мозга человека (рис. 6).

Современные методы клинической и экспериментальной электроэнцефалографии сделали значительный шаг вперед благодаря применению компьютеров. Обычно на поверхность скальпа при клиническом обследовании больного накладывают несколько десятков чашечковых электродов. Далее эти электроды соединяют с многоканальным усилителем. Современные усилители очень чувствительны и позволяют записывать электрические колебания от мозга амплитудой всего в несколько микровольт (1 мкВ = 1/1000000 В). Далее достаточно мощный компьютер обрабатывает ЭЭГ по каждому каналу. Психофизиолога или врача, в зависимости от того, исследуется мозг здорового человека или больного, интересуют многие характеристики ЭЭГ, которые отражают те или иные стороны деятельности мозга, например ритмы ЭЭГ (альфа, бета, тета и др.), характеризующие уровень активности мозга. В качестве примера можно привести применение этого метода в анестезиологии. В настоящее время во всех хирургических клиниках мира во время операций под наркозом наряду с электрокардиограммой регистрируется и ЭЭГ, ритмы которой могут очень точно указывать глубину наркоза и контролировать деятельность мозга. Ниже мы столкнемся с применением метода ЭЭГ и в других случаях.

В теоретических исследованиях физиологии головного мозга человека огромную роль играет изучение центральной нервной системы животных. Эта область знаний получила название нейробиологии. Дело в том, что мозг современного человека является продуктом длительной эволюции жизни на Земле. На пути этой эволюции, которая на Земле началась примерно 3–4 млрд лет тому назад и продолжается в наше время, Природой перебирались многие варианты устройства центральной нервной системы и ее элементов. Например, нейроны, их отростки, процессы, протекающие в нейронах, остаются неизменными как у примитивных животных (например, членистоногих, рыб, амфибий, рептилий и др.), так и у человека. Это означает, что Природа остановилась на удачном образце своего творения и не изменяла его на протяжении сотен миллионов лет. Так произошло со многими структурами головного мозга. Исключение представляют большие полушария головного мозга. Они уникальны в мозге человека. Поэтому нейробиолог, имея в своем распоряжении огромное число объектов исследования, всегда может изучать тот или иной вопрос физиологии головного мозга человека на более простых, дешевых и доступных объектах. Такими объектами могут быть беспозвоночные животные. На рис. 7 схематично показан один из классических объектов современной нейрофизиологии – головоногий моллюск кальмар и нервное волокно (так называемый гигантский аксон), на котором были выполнены классические исследования по физиологии возбудимых мембран.

В последние годы для этих целей все шире применяют прижизненные срезы головного мозга новорожденных крысят и морских свинок и даже культуру нервной ткани, выращенную в лаборатории. Какие же вопросы способна решить нейробиология своими методами? Прежде всего – исследование механизмов функционирования отдельных нервных клеток и их отростков. Например, у головоногих моллюсков (кальмара, каракатицы) имеются очень толстые, гигантские аксоны (диаметром 500–1000 мкм), по которым из головного ганглия передается возбуждение на мускулатуру мантии (см. рис. 7). Молекулярные механизмы возбуждения исследуются на этом объекте. У многих моллюсков в нервных ганглиях, заменяющих у них головной мозг, есть очень большие нейроны – диаметром до 1000 мкм. Эти нейроны являются излюбленными объектами при изучении работы ионных каналов, открытие и закрытие которых управляется химическими веществами. Ряд вопросов передачи возбуждения от одного нейрона другому исследуется на нервно-мышечном соединении – синапсе (синапс в переводе с греческого означает контакт); эти синапсы по размерам в сотни раз больше подобных синапсов в головном мозге млекопитающих. Здесь протекают весьма сложные и до конца не изученные процессы. Например, нервный импульс в синапсе приводит к выбросу химического вещества, вследствие действия которого возбуждение передается на другой нейрон. Исследование этих процессов и их понимание лежат в основе целой современной индустрии производства лекарственных средств и других препаратов. Список вопросов, которые может решать современная нейробиология, бесконечно велик. Некоторые примеры мы рассмотрим далее.

Для регистрации биоэлектрической активности нейронов и их отростков применяют специальные приемы, которые называются микроэлектродной техникой. Микроэлектродная техника в зависимости от задач исследования имеет много особенностей. Обычно применяют два типа микроэлектродов – металлические и стеклянные. Металлические микроэлектроды часто изготавливают из вольфрамовой проволоки диаметром 0,3–1 мм. На первом этапе нарезают заготовки длиной по 10–20 см (это определяется глубиной, на которую будет погружен микроэлектрод в мозг исследуемого животного). Один конец заготовки электролитическим методом затачивают до диаметра 1–10 мкм. После тщательной промывки поверхности в специальных растворах ее покрывают лаком для электрической изоляции. Самый кончик электрода остается неизолированным (иногда через такой микроэлектрод пропускают слабый толчок тока, чтобы дополнительно разрушить изоляцию на самом кончике).

Для регистрации активности одиночных нейронов микроэлектрод закрепляют в специальном манипуляторе, который позволяет продвигать его в мозге животного с высокой точностью (рис. 8). В зависимости от задач исследования манипулятор может крепиться на черепе животного или отдельно. В первом случае это очень миниатюрные устройства, которые получили название микроманипуляторов. Характер регистрируемой биоэлектрической активности определяется диаметром кончика микроэлектрода. Например, при диаметре кончика микроэлектрода не более 5 мкм можно зарегистрировать потенциалы действия одиночных нейронов (в этих случаях кончик микроэлектрода должен приблизиться к исследуемому нейрону на расстояние около 100 мкм). При диаметре кончика микроэлектрода больше 10 мкм одновременно регистрируется активность десятков, а иногда сотен нейронов (мультиплай-активность).

Другой широко распространенный тип микроэлектродов изготавливают из стеклянных капилляров (трубочек). Для этой цели используются капилляры диаметром 1–3 мм. Далее на специальном устройстве, так называемой кузнице микроэлектродов, выполняют следующую операцию: капилляр в средней части разогревают до температуры плавления стекла и разрывают. В зависимости от параметров этой процедуры (температуры нагрева, величины зоны нагрева, скорости и силы разрыва и пр.) получают микропипетки с диаметром кончика до долей микрометра. На следующем этапе микропипетку заполняют раствором соли (например, 2М КС1) и получают микроэлектрод. Кончик такого микроэлектрода можно вводить внутрь нейрона (в тело или даже в его отростки), не сильно повреждая его мембрану и сохраняя его жизнедеятельность. Примеры внутриклеточной регистрации активности нейронов приведены в гл. 2.

Еще одно направление исследования головного мозга человека возникло в годы Второй мировой войны – это нейропсихология. Одним из основоположников этого подхода был профессор Московского университета Александр Романович Лурия. Метод представляет собой сочетание приемов психологического обследования с физиологическим исследованием человека с поврежденным головным мозгом. Результаты, полученные в таких исследованиях, будут многократно цитироваться далее.

Методы исследования головного мозга человека не исчерпываются описанными выше. Во введении автор скорее стремился показать современные возможности исследования головного мозга здорового и больного человека, а не описать все современные методы исследования. Эти методы возникли не на пустом месте – одни из них имеют уже многовековую историю, другие стали возможными только в век современных вычислительных стредств. При чтении книги читатель столкнется с другими методами иследования, суть которых будет разъясняться по ходу описания.

Вопросы

1. Зачем психологу нужно знать физиологию головного мозга человека?

2. Каковы современные методы исследования физиологии головного мозга?

3. Чем оправданы исследования на нервной системе животных?

Литература

Ярошевский М. Г. История психологии. М.: Мысль, 1985.

Шеперд Г. Нейробиология. М.: Мир, 1987. Т. 1, 2.

Лурия А. Р. Этапы пройденного пути (научная автобиография). М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982.

ВКонтакте   Одноклассники

Как известно, человеческий мозг, а также его деятельность таят в себе множество загадок, которые ученые пытаются разгадать уже довольно долгое время

Мы решили познакомить вас с пятью последними открытиями в этой области.

Когда мозг работает наиболее эффективно?

Ученые из Университета Монреаля выяснили, что мозг человека начинает работать наиболее продуктивно и эффективно в возрасте после 55 лет.

Такой вывод исследователи сделали, проведя серию различных тестов с участием людей разного возраста.

Как оказалось, именно у людей, чей возраст находится в пределах от 55 до 75 лет, при решении сложных проблем мозг работает в т. н. особом режиме - в сложной ситуации возвращается к начальной точке и действует очень точно. Таким образом, когда пожилой человек анализирует проблемы, то у него этот процесс отличается большой точностью, и, как правило, решение находится быстрее.

Мозг же молодых людей, наоборот, чтобы найти выход из сложной ситуации, начинает перебирать все возможные варианты, что зачастую приводит к путанице в голове.

По словам руководителя исследований Ури Мончи, мозг человека в возрасте 55-75 лет работает так, чтобы сохранить как можно больше своей энергии и направить ее точно на решение появившихся проблем.

Из этого ученые и сделали вывод о том, что именно с момента достижения человеком 55-летнего возраста мозг человека начинает работать более эффективно, и именно с этого возраста к человеку начинает приходить мудрость.

Настоящее счастье - только после 74 лет

Напомним, что не так давно ученые из США и Германии сделали еще одно открытие, касающееся людей в возрасте. Оказалось, что настоящее счастье человек способен испытывать только после 74 лет.

Связано это, по мнению ученых, с тем, что уже в 15 лет среднестатистический европеец начинает терять ощущение счастья, и этот процесс набирает обороты вплоть до 40 лет; именно в эти годы, по данным экспертов, у большинства людей происходит пик разочарования в жизни.

После преодоления рубежа в 40 лет уровень счастья постепенно начинает стабилизироваться и держится в подобном состоянии несколько следующих лет, а после 46 лет начинается его медленный подъем. Пик гармонии и мира в душе наступает как раз именно в 74 года. Специалисты считают, что 74 года - это именно тот возраст, когда люди начинают по-настоящему ценить жизнь.

IQ меняется с возрастом

По мнению британских ученых из Центра нейровизуализации при Лондонском университетском колледже, с возрастом уровень интеллекта (IQ) может значительно изменяться.

Вряд ли кто-либо считал иначе, но исследователи утверждают, что именно они установили, что развитие умственных способностей человека продолжается всю его жизнь, и уровень интеллекта можно значительно повысить с помощью постоянных тренировок мозга.

В своей работе ученые исследовали 33 здоровых детей в возрасте от 12 до 16 лет, которым было предложено пройти тест на определение как вербального (память, арифметические и языковые способности, общие знания), так и невербального IQ (включает решение головоломок).

Первые тесты прошли еще в 2004 году, а затем в 2008 году их повторили. Отметим, что при повторном исследовании, помимо оценки интеллекта, ученые при помощи магнитно-резонансной томографии проследили, как изменилась структура мозга молодых людей за эти 4 года.

В результате оказалось, что у подростков, которые во время тестов на IQ показывали хорошие результаты, присутствуют положительные изменения в структуре мозга: количество их нервных клеток, регулирующих мыслительный процесс, заметно возросло. По словам ученых, это результат постоянных умственных тренировок (нагрузок), к которым, в частности, относятся занятия в школе.

По словам исследователей, люди не останавливаются в своем развитии, и с возрастом уровень интеллекта может повыситься, но только при условии постоянных тренировок.

Умный будильник - просыпайтесь с радостью

Еще одно событие, о котором мы хотим вам рассказать, не имеет прямого отношения к исследованиям мозга, однако, на наш взгляд, оно довольно интересно.

Речь идет о разработке индийских ученых, которые придумали т. н. умный будильник, основной задачей которого является дать возможность человеку высыпаться и сделать так, чтобы вынужденное пробуждение больше не являлось пыткой.

Изобретение ученых отслеживает активность головного мозга и будит своего хозяина именно на фазе быстрого сна. Это позволяет человеку проснуться полным энергии, а его организму не потребуется времени для «раскачки».

Ранее уже были подобные будильники, но все они реагировали на движения человека во сне. Разработка индийских ученых работает по другому принципу: перед сном на голову человека надевается специальная лента с датчиками.

За 45 минут до заданного времени пробуждения этот умный будильник начинает анализировать состояние мозга, и когда человек будет больше всего готов к пробуждению, подаст сигнал.

«Дранкорексия» - новое подростковое заболевание

Еще одна вещь, о которой мы хотели бы рассказать, также не является открытием, имеющим прямое отношение к мозгу, однако оставлять его без внимания, особенно в современном мире и в нашей стране в частности, нельзя.

Дело в том, что ученые из Университета Миссури нашли у подростков новую проблему, которую они причислили к разряду заболеваний и назвали «дранкорексией».

Дело в том, что, согласно данным ученых, порядка 16% подростков ограничивают потребление калорий, поступающих вместе с едой (перестают нормально питаться) ради т. н. «алкогольных» калорий. По мнению молодых людей, это помогает им похудеть, и, разумеется, подобной тактикой чаще всего пользуются девушки.

Разумеется, такое неупорядоченное питание и чрезмерное употребление алкоголя не проходят бесследно и имеют опасные когнитивные, поведенческие и физические последствия. В итоге это все приводит к риску развития более серьезных расстройств пищевого поведения или даже наркомании.

По словам ученых, лишение мозга адекватного питания и употребление большого количества алкоголя может быть опасно: все вместе это может привести как к краткосрочным, так и к долгосрочным когнитивным проблемам, включая трудности с концентрацией внимания, учения и принятия решений. Также не исключены агрессия и различные психические нарушения.

Человечество начало исследовать мозг и задумываться о его назначении задолго до появления науки в современном виде. Археологические находки говорят, что в 3000-2000 годах до нашей эры люди уже активно практиковали трепанации черепа — по всей видимости, как способ профилактики головных болей, эпилепсии и расстройств психики. Древнегреческие врачи и анатомы Герофил и Эрасистрат не только называли мозг центром нервной системы, но и считали, что интеллект «зарождается» в мозжечке. В Средние века итальянский хирург Мондино де Луцци предположил, что мозг состоит из трех отделов — или «пузырьков»: передний отвечает за чувства, средний — за воображение, а в заднем хранятся воспоминания.

Вклад в этот процесс вносили не только ученые. В 1848 году американский строитель Финеас Гейдж, работая на прокладке железной дороги, получил страшную травму: металлический штырь вошел в его череп под глазницей, а вышел — на границе лобной и теменной костей. Однако мужчина относительно благополучно прожил потом больше десяти лет. Правда, знакомые утверждали, что в результате инцидента он изменился — например, стал как будто более вспыльчивым. И хотя в этой истории есть немало белых пятен, она в свое время вызвала бурную дискуссию о функциях различных зон мозга.

В наши дни изучение мозга — вотчина не одной, а множества отраслей наук. Нейробиология занимается вопросами, связанными с работой рецепторов. Нейрофизиология — особенностями протекания физиологических процессов в мозге. Психофизиология — соотношением мозга и психики. Нейрофармакология — влиянием лекарственных средств на нервную систему, в том числе на мозг. Существует даже относительно молодое направление — нейроэкономика: она изучает процессы выбора и принятия решений. Более фундаментальные когнитивные нейронауки сосредоточены на исследовании разных типов восприятия, сложных мыслительных процессов и связанных с ними феноменов, которые касаются речи, слушания музыки, просмотра фильмов и т.д.

Зачем это делается?

Логично предположить, что любой орган человеческого тела исследуют в первую очередь для того, чтобы научиться его эффективно лечить в случае необходимости. Но мозг — система слишком сложная и интересная, чтобы ограничиваться утилитарным подходом. В университетах мира существуют сотни лабораторий, которые изучают совершенно разные аспекты мозговой деятельности. Одни фокусируются на конкретных типах расстройств психики — например, на шизофрении. Другие — на сне. Третьи — на эмоциях. Четвертые хотят выяснить, что происходит с мозгом, когда человек испытывает стресс или употребляет алкоголь: этим занимается в том числе лаборатория психофизиологии Института психологии РАН.

akindo / gettyimages.com

Результатом таких исследований далеко не всегда становится метод решения какой-то конкретной проблемы, связанной с мозговой деятельностью. Нейроученые нередко получают информацию, которая главным образом помогает нам лучше понять специфику отношений между людьми и выяснить, к примеру, по каким признакам мы ранжируем окружающих на «своих» и «чужих» . Что делать с этим знанием дальше, как его применить на практике — хороший вопрос.

С другой стороны, опыты со «стандартным» человеческим мозгом и натуралистическими (естественными) стимулами дают ученым шанс разобраться, почему у кого-то мозг работает иначе. В финском Университете Аалто ставят эксперименты с участием людей с синдромом Аспергера. Как правило, эта особенность развития сильно затрагивает эмоциональные функции, способность к социальному взаимодействию. Опыты показывают, что у «обычного» человека, когда он смотрит, как общаются другие люди, наблюдается высокий уровень синхронизации в сенсорных зонах мозга, в зонах, участвующих в обработке социальной информации и процессах формирования эмоций. А у человека с синдромом Аспергера такая синхронизация выражена значительно меньше. Ученые надеются со временем разобраться, как помочь адаптироваться в социуме тем, кому изначально это сделать сложнее.

Есть лаборатории, которые занимаются одновременно и прикладными, и фундаментальными исследованиями. В 2012 году ученые из Еврейского университета в Иерусалиме создали устройство, позволяющее незрячим людям «видеть» с помощью слуха. Оно состояло из очков и небольшой камеры, которая фиксировала визуальную информацию, а специальная программа преобразовывала ее в звуковые сигналы. Таким образом человек, лишенный зрения, мог распознать находящиеся поблизости бытовые предметы, других людей и даже крупные буквы. При этом разработчики устройства обнаружили, что в мозге того, кто учится «видеть» с помощью слуха, активируются те же потоки, что и у того, кто видит традиционным способом — глазами. Таким образом научный мир столкнулся с принципиально важной, основополагающей проблемой: действительно ли зрительная кора головного мозга отвечает именно за зрение в привычном понимании? И что такое вообще — зрение?

Также предполагается, что одним из результатов скрупулезного, разностороннего изучения мозга станет возможность создания искусственного интеллекта. В 2005 году стартовал знаменитый многомиллиардный проект Blue Brain Project, целью которого было сделать компьютерную модель человеческого мозга и смоделировать сознание. Пока воз и ныне там, а многие представители научного мира настроены достаточно скептично — хотя бы потому, что мы не знаем точно, что такое сознание. К тому же существует и технические ограничения: для того, чтобы имитировать мозг кошки на самом базовом уровне, понадобился один из самых больших суперкомпьютеров в мире. Человеческий мозг, разумеется, устроен намного сложнее.

Методы и эксперименты

Существующие на сегодняшний день методы исследования мозга можно ранжировать, опираясь на два критерия. Первый — частота снятия информации: она варьируется от миллисекунды до нескольких секунд. Второй — пространственное разрешение: насколько детально мы можем рассмотреть сам мозг. Так, электроэнцефалография способна собирать данные с очень большой частотой. Зато фМРТ (функциональная магнитно-резонансная томография) позволяет охватывать квадратные миллиметры мозга, а это довольно много, поскольку в одном квадратном миллиметре — около 100 000 нейронов.

akindo / gettyimages.com

Также существуют магнитная энцефалография, позитронно-эмиссионная томография, транскраниальная магнитная стимуляция. Методы обычно совершенствуются в сторону неинвазивности: нам хочется как можно больше узнать о мозге живого человека с минимальными последствиями для его здоровья и психологического состояния. При этом именно с появлением фМРТ ученые стали исследовать буквально все подряд аспекты мозговой деятельности. Мы можем взять практически любой тип поведения и быть уверенными в том, что в мире обязательно найдется лаборатория, которая изучает его с помощью фМРТ.

Разобраться, как ученые это делают, можно на примере самого базового эксперимента. Допустим, мы хотим узнать, различается ли мозговая активность человека, когда он смотрит на лица других людей и на дома. Отбирается множество картинок с изображением самых разных домов и самых разных лиц. Они перемешиваются, а их порядок — рандомизируется. Необходимо, чтобы в последовательности не было никаких закономерностей: если, к примеру, после трех домов всегда будет появляться лицо, встанет вопрос о достоверности результатов эксперимента.

Прежде чем поместить испытуемого в сканер фМРТ, с него нужно снять все металлические украшения и предупредить, что лучше не складывать руки в кольцо. Во время сканирования происходит быстрое изменение магнитного поля, что, согласно законам физики, индуцирует электрический ток в замкнутой петле. Ощущения — не смертельно неприятные, но те, кто пробовал, повторять обычно не хотят. В течение тридцати-сорока минут человек лежит в сканере и смотрит на появляющиеся на экране изображения домов и лиц. Важно, чтобы в процессе он не заснул: проходить через такие эксперименты часто довольно скучно. Зато они предполагают награду — допустим, пару бесплатных билетов в кино.

На этом более или менее интересная часть заканчивается и начинается сложная и неблагодарная: ученому предстоит обработать полученную информацию разными статистическими методами, чтобы результат можно было оформить в статью и опубликовать ее в научном журнале. Главный подвох здесь заключается в том, что существует несколько десятков тысяч способов скомбинировать разные ступени преобразования данных, поэтому добиться ложноположительного результата не так уж и сложно.

akindo / gettyimages.com

В 2009 году в Сан-Франциско провели опыт, ставший впоследствии легендарным. Ученые положили в сканер фМРТ мертвого атлантического лосося и показали ему фотографии людей в различных социальных ситуациях. При подсчете данных выяснилось, что мозг лосося не просто реагирует на стимулы: рыба испытывала эмоции. Разумеется, на самом деле мертвый лосось не способен на эмпатию, но за счет погрешности — или так называемого статистического шума, возникающего при анализе собранных с помощью фМРТ данных, мы можем получить значимый эффект. Кто ищет — тот всегда найдет.

До недавнего времени проблема усугублялась еще и тем, что в западные журналы брали статьи, описывающие в основном только положительные результаты экспериментов. Если гипотеза лаборатории не подтверждалась, полученные данные фактически летели в мусорное ведро. Теперь представим: сто лабораторий поставили одинаковый эксперимент. Чисто статистически у пяти из них вполне могут получиться позитивные результаты. Статья, написанная представителями такой лаборатории, будет опубликована, даже если в 95 оставшихся опыты показали отрицательный результат. Для борьбы с такими искажениями в наши дни появилась важная опция: теперь исследование можно перерегистрировать с гарантией публикации вне зависимости от результата — главное, чтобы все было выполнено четко по плану.

Специфика работы ученого заключается в том, что он должен знать очень много — пусть даже только в рамках своей области. Однако чем больше ты знаешь, тем больше сомневаешься. И тем выше вероятность, что рано или поздно ты столкнешься с чем-то, что в корне противоречит твоим убеждениям. Поэтому, общаясь со СМИ, ученые почти никогда не используют слово «однозначно». Вместо этого они говорят: «скорее всего», «вероятно», «мы можем предположить».

Для журналистов и читателей такие формулировки звучат, мягко говоря, не очень заманчиво. Психика человека устроена так, что ему хочется точно знать, из чего сделано его тело — в том числе мозг. Вероятности его либо не интересуют, либо вызывают тревогу. Более того, многие люди в принципе не читают новости дальше заголовка. В результате информация о последних научных исследованиях часто доходит до нас в искаженном виде — в том числе потому, что СМИ стремятся собрать больше просмотров, но опасаются отпугнуть аудиторию слишком расплывчатыми формулировками.

В 2007 году по российским СМИ прокатилась волна заметок об ученых лондонского University College, установивших, что алкоголь улучшает работу мозга. При ближайшем рассмотрении оказывалось, что, поскольку алкоголь улучшает приток крови к мозгу, что, в свою очередь, действительно коррелирует с улучшением умственных способностей, положительный эффект, может, и будет, но негативные последствия от чрезмерного употребления алкоголя его явно перевесят.

Еще несколько лет назад в западной прессе широко освещался проект No More Woof, создатели которого предлагали использовать инструмент на основе электроэнцефалографии, чтобы считывать мысли собак и «переводить» их на человеческий язык. Но, во-первых, ЭЭГ — далеко не самый точный метод сбора данных. Во-вторых, откуда мы можем знать, каким образом мысли собак должны передаваться с помощью английской речи? В-третьих, нет исследований, которые бы доказывали, что все животные, включая человека и собаку, говорят на разных диалектах одного глобального языка. Но СМИ скандировали: ура, мы наконец-то научимся понимать наших Шариков и Бобиков!

akindo / gettyimages.com

Во-вторых , опасайтесь категоричных утверждений. Допустим, если в материале говорится, будто ученые нашли в мозге «зону любви», учитывайте, что один из современных трендов — исследовать мозг не как конструктор, составленный из полностью автономных элементов, а как сложную сеть (complex network). Да и «любовь» — понятие слишком неоднозначное, чтобы вывести для него какое-то универсальное определение.

В-третьих , обращайте внимание на источник. Журналисты часто ссылаются не на исходную статью в научном журнале, а на публикацию на другом новостном интернет-портале или даже в блоге. Пытливому уму такая ссылка должна показаться неубедительной.

В-четвертых , задайте интернету вопрос: «Кто все эти люди?». Под лейблом «ученые» в СМИ могут появляться как подлинные сотрудники известных лабораторий, так и энтузиасты-любители, собирающие деньги на свое «революционное» открытие с помощью краудфандинговых платформ.

В-пятых , найдите оригинал. Из абстракта (краткого изложения сути статьи) часто бывает понятно, что именно ученые доказали и какими методами. Да, подписка на очень многие журналы — платная. Но есть сайты PubMed и Google Scholar, позволяющие выполнять поиск по текстам научных публикаций.

Вопреки стереотипам наука не может дать нам стопроцентной гарантии чего бы то ни было. Не может жирной, нестираемой линией отделить истину от всего остального. Но она может максимально приблизиться к истине за счет множества повторяющихся, проведенных в разных частях земного шара экспериментов, результаты которых постепенно будут сходиться в одной точке. Примерно. С определенной вероятностью.

Первые упоминания о наблюдениях за человеческим мозгом, а точнее за изменением поведения человека под влиянием мака, на 26 стр. относит к шумерским записям 4 000 года до н. э. Археологи же говорят, что примерно к этому же времени, может, тысячей лет позже, первые операции на мозге, известные нам как трепанация.

Насколько такие хирургические вмешательства были успешны, сейчас сказать сложно, однако именно с этого времени, как считается, и берет свое начало изучение человеческого мозга, психология, неврология. Внутри, как обычно, много фамилий, дат, ссылок на основные открытия и картинок человеческого мозга: Европа и Восток, от Папируса Эдвина Смита до осознанных сновидений.

Древняя Китайская медицина связана с полумифическим именем - Шень Нун , который кроме того, что определил на долгое время лечение травами, а по легенде и сам по несколько раз на дню «тестировал» их и самоотравлялся, еще и предупредил развитие акупунктуры, или иглоукалывания, которое и по сей день распространено в Китае. Датируется изобретение рефлексотерапии приблизительно 2 700 годом до нашей эры, а сегодня это - нематериальное наследие ЮНЕСКО .

Противоречив Древний Египет. И это неудивительно в стране, где медицина и наука очень тесно сосуществовала с религией. С одной стороны - отношение к мозгу было достаточно «прохладным», и после смерти его вытаскивали и откровенно говоря выбрасывали. Так как «центральным» органом считалось сердце, на что есть указания и в "Древнеегипетской Книге Мертвых ". Сердце - ключ к загробной жизни после процедур взвешивания на весах добра и зла.

С другой стороны широко известен "Папирус Эдвина Смита ", названный по имени коллекционера, выкупившего бумагу в 1862 году. Записан был предположительно ок. 1 700 - 1 600 до н. э. На данный момент - это один из главных текстов древней медицинской литературы, в котором достаточное количество информации посвящено черепно-мозговым травмам, внутричерепным пульсациям, вперемежку, разумеется с традиционными заклинаниями против чумы и т. п.

Всего в бумаге, устные источники которой датируются чуть не 3 000 - 2 500 г. до н. э. приведены 48 «историй», большая часть которых касается неврологии, в том числе открытых травм головы и мозга. Первые описания черепных швов, мозговых оболочек и спинномозговых жидкостей пришли с этим документом . Авторство приписывается основателю Древнеегипетской медицины Имхотепу , личности весьма разносторонней, который служил при фараоне Джосере зодчим, а потом - подался в медицину.

Иероглиф «Мозг», ок. 1 700 до н. э.

Параллельно с этим, ок. 2 000 года до н. э., полагают ученые, в Южной Америке продолжают практиковать трепанацию черепа как профилактику головных болей и психических заболеваний, эпилепсии. При этом значительное количество «вскрытых» черепов указывает на систематическое использование этой «технологии».

В качестве хирургического инструмента использовались бронзовые «клинья» с острыми краями, предположительно, вулканической породы. Однако!

Некоторые историки и археологи предпочитают связывать эти доисторические дырки в головах большей частью с религией, так как первые упоминания об эпилепсии относятся к куда более позднему времени и немного иной культуре. Древняя Индийская медицина, начало которой положено в Атхарваведе , подарила миру ок. 6 века до н. э. Sushruta Samhita - одну из главных книг Аюрведы , где заложены основы хирургии.

Одна из частей - Уттара - посвящена малой хирургии, так называемой «шалакье», или хирургии «выше плеч», где приводятся описания и примеры офтальмологических заболеваний, в том числе сосудистых, а также говорится об удалении катаракты. Наряд с этим текстом, второй по значимости трактат о медицине того периода - описывает психические отклонения людей, рассматривает эпилепсию, ее симптомы и методы лечения. Книги Аюрведы .

Похожей точки зрения о том, что эпилепсия - болезнь, а не божественное наказание, придерживался Гиппократ. Древнегреческому медику отводится значительная роль в медицинской науке, в частности науке о мозге, и именно ему приписывается идея о том, что в мозге зарождается ум, интеллект. Однако веком ранее такую же мысль мог высказать Алкмеон , философ, который нигде не упоминается, однако, как практикующий врач. Несмотря на это, ему приписывают открытие, что мозг, а не сердце - ключевой орган для человека, определяющий его жизнь и судьбу.

Иные философы и теоретики, впрочем, достаточно великие также высказывали гипотезы относительно человеческого мозга, и Платон считал, что мозг место зарождения всех психических процессов, а Аристотель, увлеченный наукой о сне, отводил эту роль душе и сердцу. Так или иначе без серьезной практики изучение мозга было невозможно. Ключевой легендарной фигурой Древней Греции стал Эрасиаст - практикующий медик, анатом, который описал не только отделы мозга и функции мозжечка, но и оставил на тот момент единственное подробное описание кровеносной системы человека.

Эрасиаст работает в паре с «Отцом анатомии» Герофилом , который четко дифференцировал мозг и мозжечок, предположив функции каждого. По мнению Герофила, именно в мозжечке происходит «зарождение» интеллекта.

Герофил

Ученые на пару анатомируют трупы, оставляя нам подробные отчеты о структуре мозга и сердца, а также подробное описание кровеносной системы. На дворе 335 - 280 года до нашей эры, и это последние крупные открытия, касающиеся мозга человека, на тот период.

Мозжечок - красный

Римская классика

Приблизительно 177-м годом датируется работа о мозге выдающегося римского хирурга Галена. В круг его исследований попадали физиология, фармакология, неврология, хирургия, а многие из открытий подтверждались и во времена Возрождения, и в наши дни.

Ему принадлежит теория о том, что так как мозжечок более твердый относительно мозга, то он отвечает за мышцы, а сам мозг - так как более мягкий - за чувства. Он отводил мозгу место «одной из трех душ», а его происхождение видел в сперме, так как субстанция была холодная и влажная.

Надо отметить, что так как римское право на момент деятельности Галена запрещало вскрытие трупов, то большинство его экспериментов происходило на свиньях и приматах. Благодаря этому появились его описания трахеи, кровеносной системы, которые оказались очень близки человеческим. Также Галену принадлежит теория «Телесных соков» о темпераментах человека, точнее их зависимости от количества крови, желчи и черной желчи и флегмы.

Как и в Древней Греции, в Риме не было недостатка в философах, и один из них Немезий в работе Nature of Man около 390 года пытается описать человеческий организм, учитывая уже христианские традиции. Он не был врачом, но предполагал , что различные отделы мозга отвечают за различные функции, и тут, как считают ученые, его задачей было не описание строения человеческого мозга, а примирение дохристианской платоновской философии с философией нового времени.

Развивается медицина и на Востоке, куда проникают переводы в том числе греческих книг. Один из центральных памятников медицинской литературы - "Всеобъемлющая книга по медицине ", автор которой, Абу Бакр Мухаммад ибн Закария ар-Рази , был известен и как музыкант, и как меняла, а к 30-ти годам стал увлеченным медиком, оставив в наследие труды по химии, фармакологии, медицине.

Открытие гиппокампа в 1 564 году принадлежит выдающемуся итальянскому анатому Джулио Чезаре Аранци (1 530 - 1 589), и эта часть лимбической системы мозга называется так с тех самых времен. Гиппокамп - парная структура, расположенная в височных отделах и отвечает за образование эмоций и долговременную память.

Ученик Аранци, Костанцо Варолий вошел в историю медицины как первый, кто точно описал механизм эрекции, а также представил новый способ рассечения мозга, благодаря чему появилась возможность исследовать его от основания. В процессе своей работы открыл в 1 573 часть заднего мозга вместе с мозжечком, которая отвечает за передачу информации от спинного мозга к головному. Этот отдел мозга и сейчас носит имя автора - Варолиев мост .

De Nervis Opticis, Варолий

16 век подходит к финалу , и последняя крупная фамилия - Феликс Платтер , основоположник судебной медицины, который немало времени посвятил изучению психических отклонений. Ему принадлежит первая классификация психических расстройств, описание психозов и обсессивно-компульсивного расстройства . Заметил и описал внутричерепные опухоли, в частности доброкачественную менингиому .

В 1 609 году Джулио Кассерио определяет маммилярные тела гипоталамуса , располагающиеся в задней части, которые отвечают за некоторые поведенческие факторы. И в это же время Роберт Бертон, священник, философ и поэт, пишет "Анатомию меланхолии " - прозаическую книгу о депрессии. И надо сказать, если совсем грубо, то начиная с 17-ого века в «неврологию» стало попадать и то, из чего состоит мозг, и то, что в нем происходит, проще говоря: все, что связано с головой прямо или косвенно.

1 641 год. С именем Франциска Сильвия связано открытие латеральной борозды головного мозга, одну из самых глубоких, которая отделяет височную часть от теменной и лобной. И хотя впервые на рисунках она была запечатлена и ранее, а первый, кто заговорил о ней - Каспар Бартолин - скончался к этому времени, подробное описание приводит именно Сильвий.

Почти в середине столетия на центральное место в мозге - Эпифиз, или шишковидную железу, обратил внимание философ Рене Декарт и отвел ей место, «где зарождается душа и все наши мысли». На сегодняшний день функции шишковидной железы изучены не до конца , и к основным относят торможения гормонов роста, торможение полового развития и влияние на половое влечение в целом. Также шикшовидная железа отвечает за выработку мелатонина.

Шишковидная железа в иллюстрации к Декарту

В 1 658 году Иоганн Якоб Вепфер описывает цереброваскулярные болезни и впервые говорит о том, что такое инсульт и описывает его симптомы и причины. Его трактат об этом называется Historiae apoplecticorum , и он оцифрован.

Одна из самых главных фигур в науке этого столетия Томас Уиллис, который и ввел в обиход термин «Неврология». Ему принадлежит ряд важный открытий, в частности, разделение диабета на «сладкий, как мед», сахарный и несахарный, так как он впервые обратил внимание на вкус мочи.

Впервые именно им были пронумерованы черепные нервы, и этот порядок до сих пор применяется в клинической практике, а также в честь Уиллиса назван Виллизиев круг - артериальный круг в основании мозга. Особая роль в его работах была отведена и заболеваниям мозга, и Уиллис впервые проговорил причины эпилепсии, судорожных заболеваний.

Виллизиев круг обеспечивает достаточное кровоснабжение мозга, если произошла закупорка каких-либо сосудов, и абсолютно нормально развитый он встречается лишь в 50% случаев. Большая часть аневризмов сосудов берет начало именно здесь.

В 1 664 году голландский врач Жерар Власий обнаружил и описал арахноидальную, или паутинную оболочку головного мозга. Это одна из трех оболочек, средняя, покрытая с обеих сторон глиальными клетками , которые составляют до 40% центральной нервной системы.

Через 6 лет Уильям Молинс дополняет «картину» черепно-мозговых нервов - блоковым, отклонения в котором вызывает диплопию , или двоение в глазах.

Под занавес 17 века появляются сразу несколько интересных исследований. Ряд из них принадлежит анатому Раймонду Виесессенсу , который, наследуя традиции Уиллиса, дал ряд точных, исчерпывающих описаний многим современным недугам. Его именем назван Полуовальный центр - белое вещество мозга, которое расположено в каждом полушарии и расположено под серым веществом.

С развитием технологий, начинается поиск методов лечения различных заболеваний. Например, известный физик, чьи опыты с электричеством послужили базой для последующих открытий, Жан-Батист ле Рой , предложил лечить психические заболевания с помощью тока, и провел первые опыты в 1 755 году.

Впечатляющие заявления о функциях мозжечка в 1 760 году делает Шарль Лорри , отмечая, что повреждение этой части мозга рушит координацию движений, а также указал, между какими шейными позвонками нужно сделать прокол, чтобы смерть наступила мгновенно.

Крупнейший итальянский ученый Доменико Кутуньо , которому принадлежит ряд открытий в отоларингологии и неврологии, отмечает связь между спинномозговой жидкостью и желудочками головного мозга, впрочем, сделано, это было, видимо, «походя», так как основные работы медика были обращены к спине, и открытие-то спинномозговой жидкости приписывается ему. Также он оставил подробное описание седалищного нерва.

В это же время работает один из представителей медицинской династии Александр Монро II , который позднее опишет межжелудочковое отверстие, или "отверстие Монро ", при закрытии которого может развиваться гидроцефалия. Также оно обеспечивает нормальную циркуляцию цереброспинальной (спинномозговой) жидкости.

А подробное научное описание спинномозговой жидкости в 1 766 оставит Альбрехт фон Галлер . Его исследования в области нервной и мышечной систем позволили доказать реакции мозга на различные воздействия на мышцы, и он же продемонстрировал, что при удалении определенных частей мозга, эти реакции прекращаются.

Галлер. Icones anatomicae

В 1 773 году английский медик Джон Фозергилл описывает невралгию троичного нерва , которая долгое время называлась его именем. Болезнь достаточно распространенная и очень мучительная, сопровождающаяся дикими простреливающими болями, которые снимают противоэпилептическими препаратами или костными блокадами.

Средства воздействия на человеческий мозг, химические или «психологические», также открываются в 18 веке. В 1 773 году Джозеф Пристли открывает «веселящий газ», или оксид азота , который используется в качестве ингаляционного наркоза, а в 1 774 году Месмер открывает «животный магнетизм», одну из форм гипноза , ныне не применяемую в медицине.

В 1 776 году Винченцо Малакарне занят исследованиями мозжечка и центральной нервной системы, которые определили направления изысканий многих будущих классиков неврологии. Он стал первым, кто полностью описал верно анатомию мозжечка.

Малакарне - не единственный, кто обобщает и совершенствует опыт предшественников. Так, двумя годами позднее, Самуэль Томас Земмеринг описывает классификацию 12 черепных нервов, которая актуальна до сих пор . Ученому на тот момент было 23 года, и классификация стала частью его дипломной работы.

На самом рубеже, в 1 800 году уже помянутый Самуэль Томас Земмеринг описывает черную субстанцию мозга, которая отвечает за большинство важнейших функций, необходимых для жизни: дыхание, сердечная деятельность, моторика, движения глаз…

В это же время формируются и некоторые лженауки, одна из которых - френология - существовала вплоть до начала XX века. Основоположником теории является Франц Йозеф Галь, который полагал, что психика человека обусловлена строением его черепа. Позднее было доказано, что форма мозга не тождественна форме черепа, и его рельеф не может объяснять психические особенности.

В 1 808 году Луиджи Роландо описывает центральную кору головного мозга, открывая в ней «элементы», которые в дальнейшем будет именоваться в честь него: трещина роландо (центральная борозда), роландические крышки, роландическая кора мозга и другие. Он же открывает один из типов эпилепсии .

Центральная борозда

В 1 813 году Вик-д’Азир открывает Claustrum, или Ограду - тончайшую часть мозга под корой больших полушарий. Ее функции в организме до сих пор оспариваются .

В 1 817 году был описан «Дрожательный паралич», получивший в будущем имя своего «первооткрывателя» - болезнь Паркинсона с характерными симптомами в виде тремора, неэластичность мышц, замедленность движений и трудности при дыхании. Болезнь возникает при поражении нейронов черной субстанции головного мозга и нейромедиаторов ЦНС.

В 1 821 году впервые выявлен нервный паралич, названный именем Чарльза Белла. По сей день остается одним из самых распространенных заболеваний, при этом начинается внезапно и предпосылки до конца не определены.

Параллельно с Беллом нервную систему исследует Мажанди. Также французский физиолог описал отверстие Мажанди , или медиальное отверстие головного мозга, которое соединяет третий и четвертый желудочек.

Median aperture, или отверстие Мажанди

Примерно к этому же времени относятся работы Карла Бурдаха, который в 1 822 году указывает на поясную кору мозга, которая является частью лимбической системы и контролирует болевые ощущения и эмоциональные настроения, а также участвует в процессах памяти.

Начиная с середины 19 века исследования стали все более «точечными», и ученые фокусируются на отдельных органах, широко обсуждается офтальмология, органы слуха. Неврология интересуется позвоночником и нервной системой в целом, слегка «уйдя» из головы человека. К этому периоду относятся открытия дегенерации нервных волокон, спинального шока , ядер серого вещества спинного мозга, Генрих Мюллер описывает клетки сетчатки , а его «коллега» в середине века развивает мысль о том, что рефлексы берут свое начало не только в спинном, но и в головном мозге, определяет таламус как место, где зарождается сознание и впервые указывает на то, что алкоголизм - это болезнь.

В 1 859 один из основоположников клеточной теории Рудольф Вихров вводит и описывает термин нейроглии , совокупности клеток нервной ткани, исследования которых продолжалось и в будущем, в частности Гольджи именно за открытия в этой части нервной системы был удостоен Нобелевской премии.

Карл Кальбаум описывает психическое расстройство, которое позднее «включат» в шизофрению - какатонический синдром , проявлениями которого является невосприимчивость к раздражителям, двигательные расстройства.

В это же время продолжает свою работу Теодор Мейнерт и публикует «Трактат о заболеваниях переднего мозга». В 1 883 Эмиль Крепелин , которого называют основателем современной психиатрии, вводит в обиход и описывает неврозы и психозы, и в его работах впервые называются маниакальная депрессия и раннее слабоумие. В 1 884 году работает Жорж Жиль де ля Туррет, который описывает вокальные и моторные тики, «объединенные» в синдром Туррета.

Под занавес века были изобретены рентген и осциллограф , выделено несколько обезболивающих, фармацевты Байер начали лечить кашель героином, кокаин применяется в качестве анестезии на спинном мозге, а Джон Лэнгли вводит термин автономная (вегетативная) нервная система.

Начинается XX век...

Ситуация еще больше «усложнилась», и исследования становятся все более глубокими, точечными, практически без метафор - на клеточном уровне. И при этом продолжается попытка «разгадать» человеческую психику, эмоциональные закономерности и процессы, чувства и мысли, «привязав» их к конкретным органам или отделам нервной системы.

Самой заметной фигурой в области изучения сознания и подсознания в этот период стал Зигмунд Фрейд. Психика человека и возможности на нее влиять, а не просто исследовать, порождают многочисленные теории в медицине и педагогике, в частности, примечательна деятельность Альфреда Бине по адаптации умственно отсталых детей и выявлении закономерностей интеллектуальных отклонений.

К таким же попыткам исследования процессов в мозге стоит отнести работу Роршаха, автора одноименного теста, изобретение полиграфа, первой энцефалографии (ЭЭГ), которую в 1 928 году продемонстрировал Ганс Бергер .

Во многом, кстати, эта процедура сделала возможным «круглосуточное» изучение деятельности мозга человека, и первые исследования мозга во сне. В 1 935 Бремер проводит первые опыты на кошках, которые дают ему некоторое подтверждение догадкам о «разных» фазах сна. Однако мировую известность в этой области обретет Натаниэл Клейтман (Клайтман), который не только даст начало сомнологии, но и позволит плотнее заняться "осознанными сновидениями ", историю которых я подробно рассказывал на Geektimes, когда делал обзор .

Американский нейробиолог Джон Медина написал книгу «Правила мозга. Что стоит знать о мозге вам и вашим детям », в которой доступно рассказывает о 12 закономерностях работы мозга человека, знание которых позволит вам эффективнее учить и учиться. Книгу «Правила мозга » выпустило издательство «Манн, Иванов и Фербер». Одну главу книги вы можете прочитать на сайте издательства.

9 основных правил мозга

Лейтмотивом книги стала мысль автора о том, что учителя и учёные должны иметь больше возможностей обмениваться опытом; в противном случае открытия учёных и практика учителей будут существовать как будто в параллельных мирах. Сейчас связь ученых с учителями недостаточная и зыбкая.

Физическая активность улучшает работу мозга

С точки зрения эволюции человеческий мозг развивался в процессе тяжёлого труда, постоянно меняющейся обстановки, новых вызовов и преодоления расстояний свыше 19 км в день. Физическая активность по-прежнему для когнитивной системы - как конфета: физические упражнения способствуют улучшению долговременной памяти, логического мышления, внимания и способности решать поставленные задачи. Изменчивость окружающей среды приводит к особой гибкости мозга. В результате эволюции человек физически не стал сильнее, но стал умнее. «Клыки мы отрастили не во рту, а в голове», что довольно-таки разумно, считает ученый Джон Медина.

Если бы вы поставили перед собой цель создать учебную среду, абсолютно препятствующую хорошей работе мозга, то она была бы похожа на класс.

В рамках одного исследования дети занимались бегом по полчаса 2–3 раза в неделю. После 12 недель их когнитивные способности значительно улучшились по сравнению с периодом до занятий бегом. По завершении программы показатели вернулись к прежнему уровню. Опытным путем было определено, что золотая середина для физической активности - 30-ти минутные занятия аэробикой три раза в неделю. Если добавить к ним упражнения для укрепления мышц, когнитивная система получит ещё больше пользы.

Физическая активность совершенствует детей. Дети в хорошей физической форме быстрее распознают визуальные стимулы, чем их малоподвижные сверстники, и лучше концентрируются. Дети уделяют больше внимания вещам, которые требуют движения. Им по душе активность, а не сдержанное поведение в классе. Дети чувствуют себя комфортнее, их самооценка выше, они менее подвержены депрессии и тревоге. Конечно, интуитивно нам это всем понятно.

Почему же школьная система не поддерживает и не воплощает в жизнь то, что давно известно учёным?

Ответа на этот вопрос у нас нет, зато, если вам интересно, как с точки зрения физиологии интенсивная физическая активность улучшает работу мозга, то это автор книги рассказывает достаточно подробно.

Нейробиолог Джон Медина предлагает школам включить физическое воспитание в ежедневное расписание уроков, например, дважды в день. Ученики могут слушать урок по математике или учить английский язык и при этом 1–2 минуты в час заниматься ходьбой на беговых дорожках, расположенных рядом с рабочим столом. А повлияет ли применение такой методики на успеваемость, узнать возможно после экспериментов учёных, исследующих мозг, и специалистов системы образования.

Сам автор книги поставил беговую дорожку у себя в офисе и теперь регулярные перерывы заполняет не чашкой кофе, а упражнениями. Он придумал конструкцию, которая позволяет установить компьютер так, чтобы можно было писать электронные письма, пока занимаешься спортом. Ему потребовалось 15 минут, чтобы приловчиться печатать на лэптопе при ходьбе со скоростью 3 км/час.

Способность учиться и доминирование

У мозга есть два важных качества, требующих взаимодействия: хранение приобретённых знаний, то есть своеобразная база данных, и способность импровизировать на основе этих данных.

Некоторые школы пропагандируют использование стабильной, механически заученной базы данных, игнорируя импровизаторские инстинкты, формировавшиеся миллионы лет.

От этого страдает креативность. Другие, напротив, поддерживают способности к творчеству, не ставя на первое место создание фонда знаний. Они игнорируют нашу потребность в глубоких знаниях об объекте, которые запоминаются и сохраняются в высокоструктурированной базе данных.

Исторически способность к обучению развивалась из-за необходимости поддерживать отношения с другими особями. Мы научились сотрудничать, то есть ставить общие цели, учитывающие интересы всех союзников. Для того чтобы понимать интересы союзника, нужно уметь распознавать мотивацию других, что им нравится и чего они боятся. Необходимо знать об их заветных желаниях. Осознав, что передача опыта и групповая сплочённость позволяют доминировать, люди увидели в этом свою силу. Многие учёные полагают, что умение предсказывать и манипулировать другими и интеллектуальное доминирование имеют прямую зависимость. Наше интеллектуальное мастерство (язык, математика, искусство), возможно, возникло благодаря сильной потребности предугадывать психологическое состояние союзников.

Процесс обучения подвергается влиянию эмоционального окружения. Качество обучения частично зависит от отношений между учеником и учителем. Если человек не чувствует себя в безопасности рядом с учителем или руководителем, он не сможет работать хорошо. Если в отношениях с учеником существует непонимание, учитель не сможет установить с ним контакт, а ученик может замкнуться в себе.

Электрический язык мозга

Язык, который понимает мозг, - электрические импульсы. Мозг каждого человека имеет различную электропроводимость нейронов, «проводку». Мозг подвержен воздействию внешних факторов, и его «проводка» зависит от культурной среды, в которой он находится.

Нейробиолог и биохимик Эрик Кандел, нобелевский лауреат 2000 года, доказал, что в процессе обучения «проводка» человеческого мозга меняется. Мозг постоянно обучается новым вещам, следовательно, и его «проводка» постоянно меняется (если говорить научным языком, то устанавливаются новые синаптические связи).

На мозге каждого новорожденного можно сделать надпись: «Укомплектовать».

Человеческий мозг лишь частично формируется при рождении, и процесс окончательной комплектации происходит в последующие годы. Самые важные работы завершаются к двадцати годам, а окончательная наладка - когда человеку уже за сорок.

Из-за разной электропроводимости унифицированное образование неэффективно

Школьная система образования предполагает, что каждый мозг обучается одинаково. Существующая система базируется на ожидании того, что результаты обучения должны быть достигнуты к определенному возрасту.

Ученики одного возраста обладают разными интеллектуальными способностями.

Отличия между учениками могут серьёзно повлиять на работу в классе. В результате исследований обнаружилось, что около 10% учеников не могут читать в том возрасте, в котором этого от них ожидают, из-за недостаточно сформированной «проводки» мозга.

Поскольку «проводка» мозга у всех различна, способность учителя «считывать» мысли ученика становится важным инструментом. Эта способность понимать внутренние мотивы других людей и строить предположения относительно работы их мозга на основе имеющейся информации обеспечивает главный подход к пониманию внутренней жизни ученика.

Например, учителя могут знать, когда ученики ошибаются или когда они работают в полную силу. Тонко чувствующим учителям это даёт понимание, трансформировалось ли то, чему они обучают, в изученное. Поскольку учитель не может следить за большим количеством учеников, должны существовать определенные пределы количества обучающихся.

Для надежной памяти нужны циклы повторений

Дети забывают 90% того, что изучают в классе, в течение 30 дней. Самый высокий процент забывания приходится на первые часы после урока. Можно продлить срок хранения информации в памяти путём её повторения через определенный интервал времени. Чем больше циклов повторения проходит воспоминание, тем лучше оно сохраняется в памяти.

Знания фиксируются в памяти не в момент обучения, а при благотворно влияющем повторении через определённые временные интервалы.

Многочисленные исследования подтвердили, что обсуждение или обдумывание события непосредственно после происшествия улучшает его запоминание.

Непосредственно после изучения (от нескольких минут до часов и дней) система воспроизведения позволяет восстанавливать чёткий и детализированный образ полученной информации. Со временем воспоминания о событиях и фактах, которые когда-то были ясными и конкретными, ослабевают. Пытаясь заполнить эти пробелы, мозг полагается на частичные фрагменты, рассуждения, догадки и часто на другие воспоминания, не связанные с конкретным событием. Мозг связывает новую информацию с ранее полученной, из чего следует, что новые данные постоянно изменяют предыдущие, и отправляет вновь созданные на хранение. Таким образом формируется лишь приблизительное представление о реальности.

Памяти, как и цементной смеси, чтобы приобрести постоянную форму, нужно длительное время. Нужны годы, чтобы отправить определённую информацию на долговременное хранение в абсолютно неизменном виде. Пока происходит «застывание», человеческая память подвержена изменениям. Путаница возрастает, когда информация подается непрерывными блоками, как в большинстве школ.

Циклы повторения формируют опыт, который добавляется в базу знаний, а не переплетается с уже имеющимся.

Стресс

При кратковременной стрессовой ситуации организм вбрасывает в кровь гормоны адреналин и кортизол. Резкий гормональный всплеск в течение короткого времени устраняет самые неприятные последствия воздействия стресса, приводя в норму гомеостаз, но на протяжении нескольких лет хронического стресса гормоны отравляют организм. Тонко настроенная система выходит из-под контроля. При длительном воздействии избыток адреналина приводит к нерегулируемым перепадам кровяного давления, в результате чего на поверхности кровеносных сосудов образуются шероховатости, которые затем превращаются в шрамы, а в крови образуется вязкая субстанция, закупоривающая артерии.

Слишком сильный и продолжительный стресс вредит обучению.

Люди, страдающие от стресса, не демонстрируют выдающихся способностей в математике, не очень успешно обучаются языкам. Их память гораздо слабее, чем у других.

Им трудно сосредоточиться. Сильный стресс приводит к повреждению тканей головного мозга. Гормоны стресса могут победить естественную защиту организма и полностью отключить ее. Успех в управлении стрессом связан с восстановлением контроля в жизни. Для того чтобы выявить проблемы, вызванные стрессом, следует выяснить, когда человек чувствует себя беспомощным.

Начинать противостоять негативному влиянию стресса автор предлагает с создания стабильной домашней атмосферы и курсов семейной терапии. Джон Медина призывает создавать программы совместными усилиями ученых, работающих в области исследования мозга, и специалистов системы образования.

Мы никогда не утрачиваем жажду знаний

Автор убежден, что мы можем всю жизнь оставаться учениками. Согласно результатам исследований, некоторые области мозга взрослого человека остаются столь же пластичными, как в мозге ребенка, поэтому он способен формировать новые связи, закреплять существующие и создавать новые нейроны; этот дар позволяет нам учиться в течение всей жизни.

Большинство специалистов по возрастной психологии полагают, что потребность ребенка в знании естественна.

И если бы детям позволяли оставаться любопытными, они продолжали бы развивать свои естественные наклонности к исследованию и открытиям, пока им не исполнился бы 101 год.

Детям исследование приносит радость. Подобно наркотику, жажда познания только растёт и, следовательно, приносит и большое удовольствие, и немедленное вознаграждение. А если она поощряется родителями, то сохраняется и в школьные годы. Когда дети взрослеют, они понимают, что учение приносит не только радость, но и компетентность. Важно, чтобы ребенок чувствовал радость от получения знаний, а не только выгоду, чтобы чувство восторга не сменялось стремлением только получить хорошую оценку.

Создайте педагогический вуз, где занимаются изучением мозга

Напоследок Джон Медина предлагает объединить усилия учёных и учителей созданием педагогического вуза нового типа. Программа такого института будет учитывать особенности работы человеческого мозга. В нём три направления. Участники образовательного процесса - традиционные преподаватели-лекторы, учителя-практики и научные сотрудники, изучающие работу мозга. Последняя группа преподавателей в своих исследовательских лабораториях выясняет, как обучается человеческий мозг, а затем активно тестирует гипотезы в условиях реальных ситуаций в классах. Курс программы включает разные вопросы - от анатомии мозга до психологии, от молекулярной биологии до последних открытий в области когнитивной нейробиологии.

После первого года обучения студенты начинают принимать активное участие в жизни института. Один семестр может быть посвящён изучению вопросов развития умственных способностей подростков. Следующий семестр - отклонениям в поведении, таким как синдром гиперактивности с дефицитом внимания; кроме того, учащиеся ассистируют в специализированных классах. На следующем курсе они изучают, какова роль семьи в обучении ребенка, и посещают родительские собрания, чтобы наблюдать за сотрудничеством учителей и родителей.

В рамках такого двустороннего сотрудничества исследователи и участники программы обучения становятся единой интеллектуальной средой. Такая модель образования применяет мощную практическую стратегию исследования и развития. Практикующие учителя становятся коллегами, активными партнерами, помогают направить науку в необходимое русло, а ученые-исследователи, в свою очередь, задают новое направление их профессиональной деятельности.

Ну а самым важным правилом мозга, которое нет необходимости доказывать научными фактами, автор считает любознательность. Ради этого автор хотел бы, чтобы классы и офисы планировались с учетом особенностей нашего мозга.

Как вы думаете, насколько интереснее было бы учиться в школе, в которой обучение основано на знании реальных механизмов работы мозга?

Где поощрялось бы любопытство и физическая активность? Где образовательный процесс подстраивался бы под детей, а не дети - под мысли (далеко не самые умные) чиновников от образования? Согласитесь, было бы здорово посмотреть на такую школу. С другой стороны - а что мешает нам работать над достижением такого идеала? Каждый учитель может делать свои, пусть и маленькие шаги в этом направлении. И когда-нибудь крошечные ручейки сольются в полноводную реку.