Ajuteadus on neurobioloogia. Jumala mõistatus ja ajuteadus

Teadvuse ökoloogia: elu. On täiesti tõestatud, et meie aju on metsikult plastiline asi ja individuaalne treening mõjutab seda tõsiselt – palju suuremal määral kui kaasasündinud eelsoodumused.

Võrreldes teiste loomade poegadega, võime öelda, et inimene sünnib vähearenenud ajuga: selle mass vastsündinul moodustab ainult 30% täiskasvanu aju massist. Evolutsioonibioloogid viitavad sellele, et peame sündima enneaegselt selleks, et meie aju saaks areneda suhtlemisel väliskeskkond. Teadusajakirjanik Asja Kazantseva loengus "Miks peaks aju õppima?" programmi "Kunstiharidus 17/18" raames jutustas

Õppimisprotsessist neuroteaduse vaatevinklist

ja selgitas, kuidas aju kogemuse mõjul muutub, samuti kuidas uni ja laiskus õppimise ajal kasulikud on.

Kes uurib õppimise fenomeni

Küsimusega, miks aju õpib, tegelevad vähemalt kaks olulist teadust – neuroteadus ja eksperimentaalpsühholoogia. Neurobioloogia, mis uurib närvisüsteemi ja õppimise ajal ajus neuronite tasemel toimuvat, töötab enamasti mitte inimeste, vaid rottide, tigude ja ussidega. Eksperimentaalpsühholoogid püüavad mõista, millised asjad mõjutavad inimese õppimisvõimet, näiteks annavad talle olulise ülesande, mis paneb proovile tema mälu või õppimisvõime, ja jälgivad, kuidas ta sellega toime tuleb. aastal on need teadused kiiresti arenenud viimased aastad.

Kui vaatate õppimist eksperimentaalpsühholoogia vaatenurgast, on kasulik meeles pidada, et see teadus on biheiviorismi pärija ja biheivioristid uskusid, et aju on must kast ja neid põhimõtteliselt ei huvitanud see, mis toimub. seda. Nad tajusid aju kui süsteemi, mida saab stiimulitega mõjutada, misjärel toimub selles mingi maagia ja see reageerib nendele stiimulitele teatud viisil. Biheivioristid huvitas, kuidas see reaktsioon välja näha võib ja mis seda mõjutada võiks. Nad uskusid sedaõppimine on käitumise muutumine uue teabe omandamise tulemusena

Seda määratlust kasutatakse kognitiivteadustes siiani laialdaselt. Ütleme nii, et kui õpilasele anti Kant lugeda ja talle meenus, et "pea kohal on tähistaevas ja minus moraaliseadus", ütles ta seda eksamil välja ja talle pandi viis, siis koolitus toimus. .

Teisest küljest kehtib sama definitsioon habehülge (aplysia) käitumise kohta. Neuroteadlased katsetavad selle molluskiga sageli. Kui šokeerite Aplysiat sabas, hakkab ta kartma ümbritsevat reaalsust ja tõmbub vastuseks nõrkadele stiimulitele lõpused tagasi, mida ta varem ei kartnud. Seega muutub ta ka käitumises, õppimises. Seda määratlust saab rakendada isegi lihtsamate bioloogiliste süsteemide puhul. Kujutage ette kahe neuroni süsteemi, mis on ühendatud ühe kontaktiga. Kui rakendame sellele kaks nõrkvooluimpulssi, siis juhtivus selles ajutiselt muutub ja ühel neuronil on lihtsam teisele signaale saata. See on ka koolitus selle väikese bioloogilise süsteemi tasemel. Seega on välises reaalsuses jälgitavast õppimisest võimalik ehitada sild ajus toimuva juurde. Sellel on neuroneid, mille muutused mõjutavad meie reaktsiooni keskkonnale, st toimunud õppimist.

Kuidas aju töötab

Kuid ajust rääkimiseks peab teil olema põhiteadmised selle toimimisest. Lõpuks on igaühel meist peas see poolteist kilogrammi närvikudet. Aju koosneb 86 miljardist närvirakust ehk neuronist. Tüüpilisel neuronil on paljude protsessidega rakukeha. Osa protsessidest on dendriidid, mis koguvad infot ja edastavad selle neuronile. Ja üks pikk protsess, akson, annab selle edasi järgmistele rakkudele. Teabe edastamine ühe närviraku sees tähendab elektrilist impulssi, mis kulgeb protsessis nagu mööda traati. Üks neuron suhtleb teisega kontaktpunkti kaudu, mida nimetatakse "sünapsiks", signaal tuleb kemikaalide abil. Elektriimpulss viib molekulide - neurotransmitterite - vabanemiseni: serotoniin, dopamiin, endorfiinid. Need imbuvad läbi sünaptilise pilu, mõjuvad järgmise neuroni retseptoritele ja see muudab oma funktsionaalset seisundit – näiteks avanevad selle membraanil kanalid, millest hakkavad läbi minema naatriumi-, kloriidi-, kaltsiumi-, kaaliumi- jne ioonid. et omakorda tekib sellele ka potentsiaalide vahe ja elektrisignaal läheb kaugemale, järgmisesse lahtrisse.

Aga kui rakk edastab signaali teisele rakule, siis sellest kõige sagedamini ei piisa mõneks märgatavaks muutuseks käitumises, sest ühe signaali võib saada ka juhuslikult mingi süsteemi häire tõttu. Teabe vahetamiseks edastavad rakud üksteisele palju signaale. Peamine kodeerimisparameeter ajus on impulsside sagedus: kui üks rakk tahab midagi teisele rakule edastada, hakkab ta saatma sadu signaale sekundis. Muide, 1960. ja 70. aastate varased uurimismehhanismid moodustasid helisignaali. Katselooma ajju implanteeriti elektrood ning laboris kuuldud kuulipilduja praksumise kiiruse järgi oli võimalik aru saada, kui aktiivne neuron oli.

Impulsisageduse kodeerimissüsteem töötab erinevatel infoedastustasanditel – isegi lihtsate visuaalsete signaalide tasemel. Meil on võrkkesta koonused, mis reageerivad erinevatele lainepikkustele: lühikesed (kooliõpikus nimetatakse neid siniseks), keskmised (roheline) ja pikad (punased). Kui võrkkesta siseneb teatud lainepikkusega valgus, ergastuvad erinevad koonused erineval määral. Ja kui laine on pikk, hakkab punane koonus ajule intensiivselt signaali saatma, et saaksite aru, et värv on punane. Siin pole aga kõik nii lihtne: koonuste tundlikkusspekter kattub ja roheline teeskleb ka, et nägi midagi sellist. Siis aju analüüsib seda ise.

Kuidas aju otsuseid teeb

Kaasaegsetes mehaanilistes uuringutes ja implanteeritud elektroodidega loomadega tehtud katsetes kasutatavaid põhimõtteid saab rakendada palju keerukamate käitumisaktide puhul. Näiteks ajus on nn naudingukeskus – nucleus accumbens. Mida aktiivsem see ala, seda rohkem meeldib katsealusele see, mida ta näeb, ja seda suurem on tõenäosus, et ta soovib seda osta või näiteks süüa. Katsed tomograafiga näitavad, et nucleus accumbens teatud aktiivsuse korral on võimalik juba enne, kui inimene teeb oma otsuse näiteks pluusi ostmise kohta, öelda, kas ta ostab selle või mitte. Nagu ütleb suurepärane neuroteadlane Vassili Kljutšarev, me teeme kõik selleks, et oma neuronitele nucleus accumbensis meeldida.

Raskus seisneb selles, et meie ajus puudub hinnangute ühtsus, igal osakonnal võib olla toimuva kohta oma arvamus. Võrkkesta käbide vaidlusega sarnane lugu kordub keerulisemate asjadega. Oletame, et näete pluusi, see meeldib teile ja teie nucleus accumbens saadab signaale. Teisest küljest maksab see pluus 9 tuhat rubla ja palk on veel nädal hiljem - ja siis hakkab teie mandelkeha ehk mandelkeha (peamiselt negatiivsete emotsioonidega seotud keskus) oma elektrilisi impulsse väljastama: "Kuulge, vähe on raha jäänud. Kui me selle pluusi praegu ostame, on meil probleeme.» Otsuse ajukoor teeb otsuse sõltuvalt sellest, kes karjub valjemini – nucleus accumbens või amygdala. Ja siin on oluline ka see, et iga kord hiljem suudame analüüsida tagajärgi, milleni see otsus viis. Fakt on see, et eesmine ajukoor suhtleb mandelkehaga ja ajutuumaga ning mäluga seotud ajuosadega: nad räägivad talle, mis juhtus pärast seda, kui me viimati sellise otsuse tegime. Sõltuvalt sellest võib eesmine ajukoor olla tähelepanelikum sellele, mida mandelkeha ja tuum talle räägivad. Seega on aju võimeline muutuma kogemuste mõjul.

Miks me sünnime väikeste ajudega?

Kõik inimlapsed sünnivad vähearenenud, sõna otseses mõttes enneaegsetena võrreldes mis tahes muu liigi beebidega. Ühelgi loomal pole nii pikka lapsepõlv kui inimesel ja neil pole järglasi, kes sünniksid täiskasvanu aju massi suhtes nii väikese ajuga: inimese vastsündinul on see vaid 30%.

Kõik teadlased nõustuvad, et oleme sunnitud sünnitama inimese ebaküpsena tema aju muljetavaldava suuruse tõttu. Klassikaline seletus on sünnitusabi dilemma, st lugu kahejalgsuse ja suure pea konfliktist. Sellise pea ja suure ajuga poega ilmale toomiseks peavad teil olema laiad puusad, kuid neid pole võimalik lõputult laiendada, sest see segab kõndimist. Antropoloog Holly Dunsworthi sõnul piisaks küpsemate laste sünnitamiseks sünnikanali laiuse suurendamisest vaid kolm sentimeetrit, kuid evolutsioon peatas siiski mingil hetkel puusade laienemise. Evolutsioonibioloogid on oletanud, et ilmselt peame enneaegselt sündima selleks, et meie aju saaks areneda koostoimes väliskeskkonnaga, sest üsas tervikuna on stiimuleid üsna vähe.

Seal on kuulus Blackmore'i ja Cooperi uurimus. Nad tegid 70ndatel katseid kassipoegadega: enamasti hoidsid nad neid pimedas ja panid nad viieks tunniks päevas valgustatud silindrisse, kus nad said maailmast ebatavalise pildi. Üks kassipoegade rühm nägi mitu kuud ainult horisontaalseid triipe, teine ​​​​rühm aga ainult vertikaalseid triipe. Selle tulemusena tekkisid kassipoegadel suured probleemid reaalsuse tajumisega. Mõned põrkasid vastu toolide jalgu, kuna ei näinud vertikaalseid jooni, teised eirasid horisontaalseid samamoodi – näiteks ei saanud aru, et laual on serv. Neid katsetati nendega, mängiti pulgaga. Kui kassipoeg kasvas üles horisontaalsete joonte vahel, siis näeb ja püüab ta horisontaalset pulka, kuid vertikaalset lihtsalt ei märka. Seejärel implanteerisid nad kassipoegade ajukooresse elektroodid ja vaatasid, kuidas pulka tuleks kallutada, et neuronid hakkaksid signaale väljastama. Oluline on, et täiskasvanud kassiga sellise katse käigus midagi ei juhtuks, kuid väikese kassipoja maailm, kelle aju alles õpib informatsiooni tajuma, võib sellise kogemuse tagajärjel jäädavalt moonduda. Neuronid, mis pole kunagi kokku puutunud, lakkavad töötamast.

Varem arvasime, et mida rohkem on ühendusi erinevate neuronite, inimaju osakondade vahel, seda parem. See on tõsi, kuid teatud reservatsioonidega. Vaja pole mitte ainult seda, et seoseid oleks palju, vaid et neil oleks midagi pistmist päriseluga. Pooleteiseaastasel lapsel on palju rohkem sünapse ehk kontakte aju neuronite vahel kui Harvardi või Oxfordi professoril. Probleem on selles, et need neuronid on juhuslikult ühendatud. Varases eas aju küpseb kiiresti ja selle rakud moodustavad kümneid tuhandeid sünapse kõige ja kõige vahel. Iga neuron hajutab protsesse kõigis suundades ja nad klammerduvad kõige külge, kuhu jõuavad. Kuid siis hakkab toimima põhimõte “Kasuta või kaota”. Aju elab sisse keskkond ja püüab toime tulla erinevate ülesannetega: last õpetatakse liigutusi koordineerima, kõristist haarama jne. Kui talle näidatakse, kuidas lusikaga süüa, on tal ajukoores ühendused, mis on kasulikud lusikaga söömisel, kuna nende kaudu juhtis ta närviimpulsse. Ja seosed, mis vastutavad putru üle ruumi loopimise eest, muutuvad vähem väljendunud, sest vanemad ei julgusta selliseid tegusid.

Sünapsi kasvuprotsessid on molekulaarsel tasandil üsna hästi mõistetavad. Eric Kandel sai Nobeli preemia selle eest, et ta arvas, et uurib mälu, mitte inimestel. Inimesel on 86 miljardit neuronit ja seni, kuni teadlane neid neuroneid mõistab, peaks ta hävitama sadu katsealuseid. Ja kuna keegi ei luba nii paljudel inimestel aju lahti lõigata, et näha, kuidas nad lusikat hoidma õppisid, tuli Kandel ideele töötada tigudega. Aplysia on ülimugav süsteem: saate sellega töötada, uurides ainult nelja neuronit. Tegelikult on sellel molluskil rohkem neuroneid, kuid selle näites on õppimise ja mäluga seotud süsteeme palju lihtsam tuvastada. Katsete käigus mõistis Kandel, et lühiajaline mälu on ajutine olemasolevate sünapside juhtivuse suurenemine ja pikaajaline mälu on uute sünaptiliste ühenduste kasv.

See osutus kehtivaks ka inimeste puhul. nagu kõnnime murul. Algul ei ole meil vahet, kuhu põllul läheme, aga tasapisi tallame rada, mis muutub siis pinnasteeks ja siis asfalttänavaks ja kolmerealiseks lampidega kiirteeks. Samamoodi liiguvad närviimpulsid ajus oma rada.

Kuidas ühendused tekivad

Meie aju on nii paigutatud: see loob seoseid samaaegselt toimuvate sündmuste vahel. Tavaliselt vabanevad närviimpulsi edastamisel neurotransmitterid, mis mõjutavad retseptorit ja elektriimpulss läheb järgmisele neuronile. Kuid on üks retseptor, mis nii ei tööta ja seda nimetatakse NMDA-ks. See on üks peamisi retseptoreid mälu kujunemisel molekulaarsel tasandil. Selle eripära on see, et see töötab, kui signaal tuli mõlemalt poolt korraga.

Kõik neuronid viivad kuhugi. Võib tekkida suur närvivõrk, mis on seotud kohviku trendika laulu kõlaga. Ja teised - teise võrku, mis on seotud sellega, et läksite kohtingule. Aju on teritatud põhjuse ja tagajärje seostamiseks, ta suudab anatoomilisel tasandil meeles pidada, et laulu ja kuupäeva vahel on seos. Retseptor aktiveerub ja laseb kaltsiumil läbi minna. See hakkab sisenema tohutule hulgale molekulaarsetele kaskaadidele, mis viivad mõne varem mittetöötava geeni tööle. Need geenid teostavad uute valkude sünteesi ja teine ​​sünaps kasvab. Nii tugevneb side loo eest vastutava närvivõrgu ja kuupäeva eest vastutava võrgu vahel. Nüüd piisab ka nõrgast signaalist, et närviimpulss läheks ja tekib assotsiatsioon.

Kuidas õppimine mõjutab aju

Sööma kuulus lugu Londoni taksojuhtide kohta. Ma ei tea, kuidas praegu on, aga veel paar aastat tagasi tuli selleks, et saada Londonis päris taksojuhiks, sooritada linnas orienteerumiseksam ilma navigaatorita – ehk siis vähemalt kahte poolteist tuhat tänavat, ühesuunaline liiklus, liiklusmärgid, peatumiskeelud ja ka suutma ehitada parima marsruudi. Seetõttu käidi Londoni taksojuhiks saamiseks mitu kuud kursustel. Teadlased värbasid kolm inimrühma. Üks rühm - registreerus kursustele, et saada taksojuhiks. Teine grupp - need, kes käisid ka kursustel, aga kukkusid välja. Ja kolmanda grupi inimesed ei mõelnud isegi taksojuhiks hakkamisest. Kõigile kolmele rühmale tegid teadlased tomogrammi, et näha halli aine tihedust hipokampuses. See on oluline ajupiirkond, mis on seotud mälu ja ruumilise mõtlemisega. Leiti, et kui inimene ei tahtnud taksojuhiks saada või tahtis, aga ei tahtnud, siis tema hipokampuses jäi halli aine tihedus samaks. Kuid kui ta tahtis saada taksojuhiks, läbis koolituse ja omandas tõesti uue elukutse, suurenes halli massi tihedus kolmandiku võrra - see on palju.

Ja kuigi pole täiesti selge, kus on põhjus ja kus on tagajärg (kas inimesed omandasid tõesti uue oskuse või oli neil see ajupiirkond algselt hästi arenenud ja seetõttu oli neil lihtne õppida), meie aju on kindlasti metsikult plastiline asi ja individuaalne treening mõjutab seda tõsiselt – palju suuremal määral kui kaasasündinud eelsoodumused. Oluline on, et ka 60-aastaselt avaldab treening ajule mõju. Muidugi mitte nii tõhusalt ja kiiresti kui 20-aastaselt, kuid üldiselt säilitab aju teatud plastilisuse võime kogu elu jooksul.

Miks peaks aju laisk olema ja magama

Kui aju midagi õpib, tekitab see neuronite vahel uusi ühendusi. Ja see protsess on aeglane ja kulukas, selle peale tuleb kulutada palju kaloreid, suhkrut, hapnikku, energiat. Üldiselt tarbib inimese aju, hoolimata asjaolust, et selle kaal moodustab vaid 2% kogu keha massist, umbes 20% kogu meile saadavast energiast. Seetõttu püüab ta igal võimalusel mitte midagi õppida, mitte energiat raisata. Tegelikult on see temast väga kena, sest kui me õpiksime pähe kõik, mida iga päev näeme, siis läheksime üsna kiiresti hulluks.

Õppimisel on aju seisukohalt kaks põhilist tähtsaid hetki. Esimene on see, kui omandame mis tahes oskuse, on meil lihtsam teha õiget asja kui valet. Näiteks õpid manuaalkäigukastiga autot juhtima ja esialgu ei huvita, kas vahetad käigu esimeselt teisele või esimeselt neljandale. Teie käe ja aju jaoks on kõik need liigutused võrdselt tõenäolised; sinu jaoks pole vahet, kuidas närviimpulsse juhtida. Ja kui oled juba kogenum juht, on sul füüsiliselt lihtsam käike õigesti vahetada. Kui istud põhimõtteliselt teistsuguse disainiga autosse, pead jälle mõtlema ja tahtejõuga kontrolli all hoidma, et hoog mööda sissetallatud rada ei läheks.

Teine oluline punkt:

Uni on õppimisel kõige tähtsam.

Sellel on palju funktsioone: tervise, immuunsuse, ainevahetuse ja aju erinevate aspektide säilitamine. Kuid kõik neuroteadlased nõustuvad sellega Une kõige olulisem funktsioon on töö teabe ja õppimisega. Kui oleme oskuse omandanud, tahame kujundada pikaajalist mälu. Uued sünapsid kasvavad mitme tunni jooksul, see on pikk protsess ja teie aju jaoks on parim aeg seda teha siis, kui te midagi ei tee. Une ajal töötleb aju päeva jooksul saadud infot ja kustutab sealt ära selle, mis vajab unustamist.

Rottidega on tehtud katse, kus neid õpetati ajju implanteeritud elektroodidega labürindis kõndima ja leiti, et unes kordasid nad oma teed läbi labürindi ning järgmisel päeval kõndisid nad paremini. Paljud inimkatsed on näidanud, et see, mida me enne magamaminekut õpime, meenub rohkem kui see, mida me hommikul õpime. Selgub, et õpilased, kes hakkavad eksamiks valmistuma kusagil südaöö paiku, teevad kõik õigesti. Samal põhjusel on oluline enne magamaminekut probleemidele mõelda. Muidugi on uinumine keerulisem, aga paneme küsimuse ajju üles ja äkki tuleb hommikul mõni lahendus. Muide, unenäod on suure tõenäosusega lihtsalt infotöötluse kõrvalmõju.

Kuidas õppimine sõltub emotsioonidest

Õppimine sõltub suuresti tähelepanust., sest see on suunatud impulsside ikka ja jälle saatmisele mööda närvivõrgu kindlaid teid. Tohutu teabe hulgast keskendume millelegi, võtame selle töömällu. Veelgi enam, see, millele me tähelepanu juhime, langeb pikaajalisse mällu. Sa võiksid kogu mu loengust aru saada, aga see ei tähenda, et sul oleks kerge seda ümber jutustada. Ja kui joonistate praegu jalgratta paberile, ei tähenda see, et see hästi sõidaks. Inimesed kipuvad unustama olulisi üksikasju, eriti kui nad pole rattaeksperdid.

Lastel on alati olnud tähelepanuprobleeme. Aga nüüd selles mõttes läheb kõik lihtsamaks. IN kaasaegne ühiskond konkreetseid faktiteadmisi pole enam nii palju vaja – neid on lihtsalt uskumatult palju. Palju olulisem on oskus infos kiiresti navigeerida, eristada usaldusväärseid allikaid ebausaldusväärsetest. Meil pole peaaegu enam vaja pikka aega ühele ja samale asjale keskenduda ja suurt hulka teavet meelde jätta - tähtsam on kiiresti ümber lülituda. Lisaks on nüüd üha rohkem ameteid just inimestele, kellel on raske keskenduda.

On veel üks oluline õppimist mõjutav tegur – emotsioonid. Tegelikult on see üldiselt peamine asi, mis meil oli miljoneid aastaid kestnud evolutsiooni jooksul, isegi enne, kui kogu selle tohutu eesmise ajukoore üles ehitasime. Hindame konkreetse oskuse omandamise väärtust selle järgi, kas see meile meeldib või mitte. Seetõttu on suurepärane, kui meie peamised bioloogilised emotsionaalsed mehhanismid saavad õppimisse kaasata. Näiteks ehitada üles selline motivatsioonisüsteem, milles otsmikukoor ei arva, et me peaksime midagi õppima visaduse ja keskendumise kaudu, vaid milles tuum ütleb, et talle see tegevus lihtsalt meeldib.

Meie perede jaoks

* * *

"See on tõesti geniaalne... Üks hämmastavamaid raamatuid, mida olen lugenud neuropsühhiaatria ja intuitsiooni vallas."

Mona Lisa Schultz, MD, PhD, raamatu Awakening the Intuition autor

«See töö on ülimalt oluline teaduse ja religiooni vaheliste suhete edasiseks arendamiseks. Teadlastena, kes on uurinud religioosse kogemuse neurobioloogilisi aluseid, arvestades selle teoloogilist analüüsi ja hinnangut, on selle raamatu autorid ainulaadsed. Raamat näitab meile veenvalt, et mõistus on paratamatult kaldu vaimsuse ja religioossete kogemuste poole.

Isa Ronald Murphy, jesuiitide ordu, Georgetowni ülikooli professor

„See oluline raamat tutvustab tavalugejale, teadlasele ja arstile uusi avastusi neuroteaduse vallas seoses vaimsete kogemuste mõjuga ajule, tervisele ja haigustele. Suurepärane õpik."

David Larson, MD, MPH, riikliku terviseuuringute instituudi president

"Pennsylvania ülikooli meditsiiniuuringute osakonna hämmastav töö on tekkimas uus piirkond neuroteoloogia".

National Pharmaceutical Regulatory Association (Kanada) väljaanne NAPRA ReView

„See raamat paneb sind tõsiselt mõtlema religiooni üle... kuna see annab üldise raamistiku vaimse elu üle mõtisklemiseks ja aruteluks. Newberg, d'Aquili ja Rouse on selle julge raamatu kirjutamisel teinud suurepärast tööd. Seda tuleks lugeda mitte ainult usuringkondades, vaid ka raamatute vestlusringides ja koolides.

Providence'i ajakiri

"Lihtsalt kirjutatud ja hõlpsasti loetav... lummav raamat meie mõistuse ja ülima reaalsuse suhetest"

Ajakiri Catholic Digest

1. Jumala foto. Sissejuhatus uskumuste bioloogiasse

Suure ülikoolihaigla väikeses pimedas laboris süütab noormees nimega Robert küünlad, süütab jasmiini viirukipulga ning istub seejärel põrandale ja võtab kergesti lootoseasendi. Ustav budist, kes praktiseerib tiibeti meditatsiooni, on taas alustamas sisemist mõtisklevat teekonda. Nagu tavaliselt, püüab Robert vaigistada mõistuse lakkamatut jõudekõnet, et ta saaks sukelduda sügavamasse ja selgemasse sisemisse reaalsusesse. Ta on selliseid rännakuid teinud juba tuhat korda, kuid nüüd toimub midagi erilist: kui ta siseneb sisemisse vaimsesse reaalsusesse, nii et teda ümbritsev materiaalne maailm muutub kahvatuks illusiooniks, jääb ta peaaegu sõna otseses mõttes ühenduses füüsilisega siin ja praegu. puuvillase nööri abi.

Üks kokkuvolditud nööriots lebab Roberti lähedal, teine ​​on kõrvalruumi labori suletud ukse taga minu sõrme peal - istun koos sõbra ja kauaaegse teadlase kolleegi dr Eugene d'Aquiliga.

Ootame Gene ja mina, et Robert meile nööri kaudu märku annaks, et tema meditatiivne seisund on saavutanud oma transtsendentse tipu. Just vaimse tõusu hetk pakub meile erilist huvi. 1
Kuna otsus selle kohta, millal meditatsioon saavutab oma haripunkti, on väga subjektiivne, on seda väga raske määratleda ja veelgi raskem mõõta. Sellegipoolest on selline "tippseisund" äärmiselt huvitav, kuna sellel on sügavaim vaimne tähendus ja see mõjutab inimest kõige tugevamalt. Tippkogemust saab tuvastada mitme erineva tööriista abil, mis võimaldavad samaaegselt jälgida erinevate parameetrite muutust. Lihtsaim viis selliste hetkede tuvastamiseks on jälgida selliseid näitajaid nagu aju verevool, aju elektriline aktiivsus ja mõned somaatilised reaktsioonid, eriti vererõhk ja südame löögisagedus. Uurimist alustades püüdsime keskenduda oma kogemusi hindava inimese subjektiivsetele tunnetele. Seetõttu hoidsid meditatiivsed subjektid enda kõrval nööri, mis võimaldas neil meditatsiooniprotsessi segamata meile kõige sügavamasse seisundisse jõudes märku anda. Kuna oleme uurinud kõige kogenumaid mediteerijaid, on neil nööriga vähe või üldse probleeme olnud. Nende tingimuste üksikasjalikumaks uurimiseks on vaja rohkem uuringuid. Praegu piisab, kui öelda, et saame "vähem sügavate" olekute uurimise põhjal uurida tippseisundeid või püstitada nende kohta hüpoteese, kuigi meil on raske mõista, millal ja kuidas need tippkogemused tekivad. Tasub mainida veel kahe meie uurimistöös kõige olulisema panuse andja nimed: Pennsylvania ülikooli haigla nukleaarmeditsiini juht dr Abass Alavi, kes mulle suureks toeks oli, kuigi mõnikord tegin üsna kummalisi asju, ja dr. Michael Baym, kes on seotud sama Pennsylvania ülikooliga, sisehaiguste spetsialist, kes praktiseerib Tiibeti budismi.

Meetod: kuidas tabada vaimset reaalsust

Aastate jooksul oleme Genega uurinud religioosse kogemuse ja ajufunktsiooni vahelisi seoseid ning lootsime, et uurides Roberti ajutegevust tema meditatsiooni kõige intensiivsematel ja müstilisematel hetkedel, suudame paremini mõista salapäraseid seoseid inimteadvuse ja ajutegevuse vahel. tema pidev vastupandamatu soov luua suhe millegi endast suuremaga.

Varem, meiega vesteldes, püüdis Robert meile sõnadega kirjeldada, kuidas tema meditatsioon jõuab vaimse haripunkti. Esmalt rahuneb tema sõnul mõistus, mis võimaldab esile kerkida sügavamal ja määratletumal osal minast.Robert usub, et sisemine mina on tema identiteedi kõige autentsem osa ja see osa ei muutu kunagi. Roberti jaoks ei ole see sisemine mina metafoor ega lihtsalt hoiak, sellel on sõnasõnaline tähendus, see on stabiilne ja tõeline. See jääb alles, kui mõistus jätab oma mured, hirmud, soovid ja muud tegevused. Ta usub, et see sisemine mina on tema olemuse olemus. Kui Robertit survestatakse vestlusesse, võib ta iseennast isegi "hingeks" nimetada. 2
Siin kasutatakse kõige enam sõna "hing". lai tähendus, vastasel juhul võib see tekitada segadust Ida ja Lääne ideede vahel religiooni ja vaimsuse kohta. Budistlikke uskumusi on lääneliku mõtteviisiga väga raske seletada. Kuid siin oleme püüdnud neid esitusi esitada võimalikult lihtsal viisil.

"Seal on igaviku ja lõpmatuse tunne ...

Praegu tundub, et saan osaks kõigist ja kõigest, liitun olemasolevaga ”

Robert ütleb, et kui see sügav teadvus (olenemata selle olemusest) tekib meditatsioonihetkedel, kui ta on täielikult sisemise mõtisklusesse haaratud, hakkab ta ühtäkki mõistma, et tema sisemine mina pole midagi eraldatud, vaid see on lahutamatult seotud. kogu loominguga. Kui ta aga üritab seda kirjeldada ülimalt isiklik kogemus sõnadega, viitab see paratamatult tuttavatele klišeedele, mida inimesed on sajandeid kasutanud, püüdes rääkida seletamatutest vaimsetest kogemustest. "Seal on igaviku ja lõpmatuse tunne," võib ta öelda. "Praegu saan justkui osaks kõigist ja kõigest, liitun olemasolevaga." 3
Oma kogemusi kirjeldades räägivad meie katsealused tavaliselt ühtsustundest maailmaga, Mina kadumisest ja tugevatest emotsioonidest, mida tavaliselt seostatakse sügava rahu seisundiga.

Traditsioonilise teadlase jaoks pole sellistel sõnadel väärtust. Teadus tegeleb sellega, mida saab kaaluda, lugeda ja mõõta – ja kõike, mida ei saa objektiivse vaatluse põhjal kontrollida, ei saa lihtsalt teaduslikuks nimetada. Kuigi kui mõni teadlane oleks Roberti kogemusest huvitatud, peaks ta professionaalina tunnistama, et meditatsioonipraktika sõnad on liiga isiklikud ja liiga spekulatiivsed, nii et need ei viita peaaegu mingile konkreetsele nähtusele materiaalses maailmas. 4
Tüüpilisel juhul teaduslik meetod võimaldab "päris" nimetada ainult neid asju, mida saab mõõta.

Siiski pärast palju aastaid uurimistöö Gene ja mina oleme jõudnud veendumusele, et Roberti raporteeritud kogemused on väga tõelised ning neid saab mõõta ja tõelise teadusega kontrollida. 5
Sõna "tõeline" ei tähenda siin tingimata mingi sellise kogemusega seotud välise reaalsuse olemasolu, see viitab sellele, et sellel kogemusel on vähemalt sisemine reaalsus.

Just see hoiabki mind kitsas uurimisruumis Gene selja taga istumas, peenikest nööri sõrmede vahel hoidmas: ootan Roberti müstilise lennu hetke, sest tahan elamust "pildistada". 6
Mõistame, et see pole lihtsalt "foto", vaid see on meie töö olemus. Intensiivse müstilise kogemuse hetke täpne tabamine pole lihtne ja kuigi meie katsealused planeerivad oma meditatsiooniharjutusi, on väga raske ennustada, kui kaua selline seisund kestab ja kui tugev see on. Sellegipoolest usume, et suudame uurida ajus toimuvaid protsesse, mis on meditatsiooniprotsessi aluseks, ning luua selge ja hämmastava pildi aju tööst vaimsete kogemuste hetkedel.

Vaimsed kogemused on tõelised ja neid saab mõõta ja kontrollida tõelise teadusega.

Robert mediteerib ja me ootame umbes tund aega. Siis tunnen, kuidas ta õrnalt nöörist tõmbab. See tähendab, et mul on aeg süstida radioaktiivne materjal IV-sse, et seda saaks pika toru kaudu Roberti vasaku käe veeni juhtida. Anname talle veel veidi aega meditatsiooni lõpetamiseks ja siis viime ta kohe ühte tuppa nukleaarmeditsiini osakonnas, kus on nüüdisaegne ühe footoni emissiooniga kompuutertomograafia (SPECT) seade. Robert satub silmapilkselt metalllauale ja kolm gammakaamerat hakkavad robotite selge liikumise abil ümber tema pea pöörlema.

SPECT-kaamera on kõrgtehnoloogiline pildistamisseade, mis tuvastab radioaktiivse kiirguse 7
Ajutegevuse uurimiseks saab kasutada ka teisi pilditehnoloogiaid, nagu SPECT. Need on positronemissioontomograafia (PET) ja funktsionaalne magnetresonantstomograafia (fMRI). Igal neist tehnikatest on teistega võrreldes oma eelised ja puudused. Valisime SPECT-i praktilistel põhjustel: see tehnika võimaldas katsealusel mediteerida väljaspool skaneerimisseadet, mida oleks PET-ga keerulisem teha ja fMRI-ga täiesti võimatu.

SPECT-kaamerad skaneerivad Roberti pead, otsides radioaktiivse materjali kogust, mille me süstisime hetkel, kui ta nööri tõmbas. See materjal jaotub veresoonte kaudu ja jõuab peaaegu kohe ajurakkudesse, kus see jääb mitmeks tunniks. Seega annab SPECT-meetod meile täpse jääkaadri Roberti aju verevoolu seisundist vahetult pärast aine süstimist – ehk siis just meditatsiooni tipphetkel.

Verevoolu suurenemine mõnes ajuosas näitab aktiivsuse suurenemist selles piirkonnas. 8
Üldiselt seostatakse verevoolu suurenemist aktiivsuse suurenemisega, kuna aju ise reguleerib oma verevoolu sõltuvalt selle üksikute osade vajadustest. Kuigi see pole absoluutne reegel. Insuldi või peatrauma korral seda seost ei täheldata. Lisaks aktiveerivad mõned närvirakud teatud ajuosi, teised aga pärsivad nende tegevust. Seega võib verevoolu suurenemine viidata aktiivsuse allasurumisele, mis viib ajutegevuse kui terviku vähenemiseni.

Kuna meil on nüüd üsna hea arusaam sellest, milliseid funktsioone üksikud ajupiirkonnad täidavad, võime eeldada, et SPECT annab meile pildi Roberti aju tööst tema meditatsiooni haripunktis.

Andmed, mida saame

Saadud andmed on tõesti huvitavad. CT-skaneerimisel näeme ebatavalise aktiivsuse märke väikeses halli aine piirkonnas aju tagumise osa ülaosas (vt joonis 1). Seda väga spetsiifilise funktsiooniga neuronite põimikut nimetatakse tagumiseks ülemiseks parietaalsagaraks, kuid selle raamatu jaoks oleme sellele piirkonnale loonud teistsuguse nime: orientatsiooniline assotsiatsiooniala ehk OAS. 9
Siinkohal tuleb märkida, et selles raamatus kasutame sageli teadusele tundmatuid termineid; mõnikord kasutame oma mõisteid, mis peaksid aitama lugejal mõista aju mehhanismi. Siiski oleme püüdnud anda huvilistele juhiseid teaduslike terminite kohta.

OAP esmane ülesanne on inimese orienteerumine füüsilises ruumis. See hindab seda, mis on ülal ja mis on allpool, aitab meil hinnata nurki ja vahemaid ning võimaldab ohutult navigeerida ohtlikes füüsilistes keskkondades. 10
Selles raamatus räägime aju erinevate osade funktsioonidest. Kuigi funktsioonid on teatud määral seotud teatud ajuosadega, ei tasu unustada, et aju töötab alati ühtse süsteemina, kus iga eraldiseisev osa vajab töötamiseks teiste osade koordineeritud tööd.

Sellise funktsiooni täitmiseks peab sellel tsoonil olema eelkõige selge ja stabiilne ettekujutus inimese füüsilistest piiridest. Lihtsamalt öeldes peaks see teid selgelt eraldama kõigest muust, sellest, mis ei ole teie, sellest, mis moodustab ülejäänud universumi.

Riis. 1: ülemine rida näitab pilti subjekti ajust, kui ta puhkab; on näha, et aktiivsuse tase on ajus ühtlaselt jaotunud. (Pildi ülemine osa on aju esiosa, assotsiatiivne tähelepanutsoon, CBA ja alumine osa vastab orientatsiooni-assotsiatiivsele tsoonile OAZ.) Alumises reas on pildid subjekti ajust. meditatsiooni ajal, samal ajal kui vasakpoolse orientatsioonitsooni (teie paremal) aktiivsus on märgatavalt väiksem kui vastav parempoolne tsoon. (Mida tumedam ala, seda aktiivsem ja mida heledam, seda vähem aktiivsed.) Esitame siin must-valgeid pilte, sest see annab pildile printimisel paraja kontrasti, kuigi arvutiekraanil näeme pilte. värviliselt.

Võib tunduda kummaline, et aju vajas erilist mehhanismi, mis eristaks sind kõigest muust maailmas; normaalsele teadvusele tundub see erinevus olevat midagi naeruväärselt ilmne. Kuid see on tingitud just sellest, et OAZ teeb oma tööd kohusetundlikult ja märkamatult. Ja selle ajupiirkonna lüüasaamisega on inimesel ruumis liikumine äärmiselt raske. Kui selline inimene näiteks voodile läheneb, kulutab aju pidevalt nurkade, sügavuste ja kauguste hindamisele nii palju energiat, et ilma tema abita muutub lihtsalt pikali heitmine inimese jaoks võimatult keeruliseks ülesandeks. Ilma pidevalt keha asendi muutumist jälgiva orientatsioonitsooni abita ei leia inimene ei vaimselt ega füüsiliselt ruumis oma kohta, nii et voodile pikali heites võib ta põrandale kukkuda või , kui tal õnnestub madratsil olla, siis kui ta soovib mugavamalt pikali heita, surub ta end ebamugavas asendis vastu seina.

Kuid tavaolukorras aitab OAS luua selget tunnetust maailma füüsilisest positsioonist, nii et me ei peaks sellele üldse mõtlema. Et oma tööd hästi teha, vajab orientatsioonitsoon sensoorsetelt anduritelt kogu kehas pidevat närviimpulsside sissevoolu. OAS sorteerib ja töötleb neid impulsse hämmastava kiirusega igal meie eluhetkel. Oma uskumatu töövõime ja kiiruse poolest ületab see kõige kaasaegsemaid arvuteid.

Seetõttu pole üllatav, et Roberti aju SPECT-kujutised, mis on tehtud enne mediteerimist tema normaalses teadvusseisundis (baastase), näitavad, et paljud aju osad, sealhulgas orientatsioonitsoon, on kõrge aktiivsuse seisundis. Samal ajal näeme ekraanil pulseerivaid erkpunase või kollase värvi sähvatusi.

Kui Roberti meditatsioon jõuab haripunkti, näitavad ajupildid seda piirkonda jahedate roheliste ja siniste toonidena, mis viitab selle aktiivsuse järsule vähenemisele.

See avastus üllatas meid. Me teame, et orientatsioonitsoon ei puhka kunagi: kuidas siis seletada selle väikese ajupiirkonna aktiivsuse ebatavalist vähenemist?

Ja siin tekkis meile hämmastav mõte: kui orientatsioonitsoon jätkab normaalse intensiivsusega tööd, kuid miski on blokeerinud sensoorse teabe voolu sinna 11
Sellist teabevoo blokeerimist täheldatakse nii normaalsetes kui ka patoloogilistes protsessides. Paljud ajustruktuurid on erinevate inhibeerivate süsteemide toime tõttu ilma teabe sissevoolust. Me käsitleme neid protsesse üksikasjalikumalt hiljem.

See hüpotees selgitaks ajutegevuse vähenemist selles piirkonnas. Ja miski muu on veelgi kurioossem: see võib tähendada, et OAP läheb mõneks ajaks pimedaks, jääb ilma tavapäraseks tööks vajalikust informatsioonist.

Küsisime endalt, mis peab juhtuma, kui OAP kaotab tööks vajaliku teabe? Kas ta jätkab keha piiride järgimist? Kuid kui vajalik teave lakkab OAP-sse voolamast, ei saa ta neid piire määrata.

Kuidas aju sel juhul käitub? Võib-olla tunnistab orientatsioonitsoon, kes ei suuda leida kehalise mina piire, et selliseid piire pole? Võib-olla suudab aju sel juhul varustada Mina lõpmatusega ja tajuda seda kui ühenduste süsteemi kõigi ja kõigega, mis on meele sfääris. Ja sellist pilti tajutakse lõpliku ja vaieldamatu reaalsusena.

Nii kirjeldasid Robert ja varasemad Ida müstikute põlvkonnad oma müstilisi ja vaimseid kogemusi ning meditatsiooni kõrgeimaid hetki. Hindude upanišadid seda väljendasid järgmiselt:

Nagu jõgi, mis voolab itta ja läände
Kukub merre ja saab sellega üheks,
Unustades täielikult üksikute jõgede olemasolu,
Nii et kogu looming kaotab oma eraldatuse,
Kui nad lõpuks ühinevad.12
Cit. Tsiteeritud: Eastwaran, 1987.

Robert oli üks kaheksast meie katsealusest, kes harjutas tiibeti meditatsiooni. Kõigil juhtudel oli tegemist sama rutiinse protseduuriga ja praktiliselt kõigil katsealustel näitas SPECT-skaneerimine orientatsioonitsooni aktiivsuse langust hetkel, mil nende meditatsioon jõudis tippu. 13
Kuigi kõigil katsealustel ei ilmnenud spetsiifilist aktiivsuse langust orientatsioonitsoonis, võis leida tugevat negatiivset korrelatsiooni otsmikusagara (tähelepanu fokuseerimisega seotud ajupiirkond) aktiivsuse suurenemise ja orientatsioonitsooni aktiivsuse vahel. Nendest andmetest järgnes järgmine järeldus: mida paremini uuritav meditatsiooni ajal tähelepanu fikseerib, seda rohkem on info liikumine orientatsioonitsooni pärsitud. Kuid miks ei olnud kõigil katsealustel orientatsioonitsooni aktiivsus vähenenud? Siin on kaks võimalikku seletust. Esiteks võib juhtuda, et uuritav, kelle OAS aktiivsus ei langenud, ei mediteerinud nii edukalt kui teised ja kuigi me püüdsime meditatsiooni protsessi kogu aeg hinnata, on tegemist sügavalt subjektiivse seisundiga, mida on raske mõõta. Teiseks võimaldas see uuring meil uurida ainult ühte konkreetset meditatsioonihetke. Võimalik, et selle algstaadiumis suureneb orientatsioonitsooni aktiivsus, kui subjekt keskendub visuaalsele pildile. Võib-olla võiksime täheldada, et orientatsioonitsooni aktiivsus tõuseb, jääb algtasemele või väheneb olenevalt sellest, millises meditatsioonifaasis subjekt tegelikult viibib, kuigi ta ise usub, et on sügavamas staadiumis. Nende leidude tagajärgi käsitleme üksikasjalikumalt müstilise kogemuse peatükis.

Hiljem laiendasime katse ulatust ja uurisime samamoodi palves mitmeid frantsiskaani nunnasid. 14
Nende katsete kohta lisateabe saamiseks vt Newberg et al. 1997, 2000.

Taaskord näitasid SPECT-skaneeringud, et religioossete kogemuste tipphetkedel võisid õed jälgida sarnaseid muutusi ajutegevuses. Erinevalt budistidest kirjeldasid õed oma kogemust aga teistmoodi: nad rääkisid selgest Jumala läheduse tundest ja Temaga ühtesulamisest. 15
Me kasutame Jumalast rääkides tavaliselt mehelikku sugu, kuigi Temast võib mõelda ka teisiti.

Nende kirjeldused sarnanesid mineviku kristlike müstikute sõnadega, sealhulgas 13. sajandi frantsiskaani nunna Angela Foligno sõnadega: „Kui suur on selle halastus, kes selle liidu loob ... ma valdasin Jumalat sellises täiuses. et ma ei elanud enam oma tavapärases olekus, vaid mind juhatati maailma, kus olin ühendatud Jumalaga ja sain kõige üle rõõmustada.

Oma uurimistöö ja andmete kogumise kaudu oleme Gene ja mina leidnud kindla tõendi selle kohta, et meie katsealuste müstiline kogemus – muutunud teadvuse seisund, milles nad ütlevad, et Mina sulandub millegi suuremaga – ei olnud pelgalt emotsionaalne, uudishimu või lihtsalt fantaasia, kuid vastas alati mitmetele jälgitavatele neuroloogilistele nähtustele, üsna ebatavalistele, kuid mitte kaugemale aju tavapärasest töörežiimist. Teisisõnu, müstiline kogemus on bioloogiliselt reaalne, jälgitav ja võib olla teadusliku uurimise objektiks.

Religioossete kogemuste tipphetkedel võib täheldada olulisi muutusi ajutegevuses.

See tulemus ei olnud meile ootamatu. Tegelikult on kõik meie varasemad uuringud seda ennustanud. Aastate jooksul oleme vaadanud teaduslikud tööd pühendatud religioossete praktikate ja aju suhetele, püüdes mõista, mis on usu bioloogiline alus. Me õppisime suur hulk enamus erinevad materjalid. Mõned uuringud on käsitlenud meid huvitavaid küsimusi lihtsa füsioloogia tasandil – ütleme, et nad rääkisid muutumisest vererõhk meditatsiooni ajal. Teised tegelesid palju ülevamate asjadega – näiteks püüti mõõta palve tervendavat jõudu. Vaatasime kliinilise surma uuringuid, uurisime epilepsia ja skisofreenia põhjustatud müstilisi emotsioone, kogusime andmeid kemikaalide või ajupiirkondade elektrilise stimulatsiooni poolt esile kutsutud hallutsinatsioonide kohta.

Lisaks teaduskirjanduse uurimisele otsisime kirjeldusi müstilistest kogemustest maailma religioonides ja müütides. Eelkõige uuris Jin iidsete kultuuride rituaalseid tavasid ning püüdis leida seost rituaalide tekke ja inimaju evolutsiooni vahel. Selle religioossete rituaalide ja aju vahelise seose kohta on andmeid meri, kuid vähesed neist on olnud sidusad või ühendatud ühtsesse pilti. Kuid kui me Genega uurisime religioosse kogemuse, rituaalide ja aju kohta teabe mägesid, moodustusid mõned pusletükid piltidena, millel oli sügav mõte. Järk-järgult lõime hüpoteesi, et vaimne kogemus on oma juurte kaudu tihedalt seotud inimese bioloogilise olemusega. Teatud mõttes määratleb bioloogia vaimseid püüdlusi.

Vaimne kogemus on oma juurte tõttu tihedalt seotud inimese bioloogilise olemusega.

SPECT-skaneerimine võimaldas meil hakata oma hüpoteesi kontrollima, uurides vaimsete praktikatega tegelevate inimeste ajutegevust. Me ei saa öelda, et saadud tulemused meie väidet absoluutselt tõestavad, kuid need toetavad meie hüpoteesi, näidates, et vaimse kogemuse hetkel käitub aju nii, nagu meie teooria ennustab. 16
Need uuringud olid vaid meie esimene katse vaimse kogemuse neurofüsioloogia empiiriliseks uurimiseks. Sellegipoolest kinnitasid saadud tulemused ja ka teiste uuringute tulemused (vt: Herzog jt 1990-1991, Lou jt 1999) meie hüpoteesi olulisemaid sätteid.

Need julgustavad tulemused süvendasid meie entusiasmi töö vastu ja suurendasid meie huvi küsimuste vastu, mis on meid paljude aastate uurimistöö jooksul muret tekitanud. Need on küsimused, millele oleme oma tähelepanu koondanud. Kas inimeste vajadus müüte luua on nende bioloogilises olemuses? Mis on rituaali jõu neuroloogiline mõistatus? Milline on suurte müstikute nägemuste ja ilmutuste olemus: kas need nähtused on seotud vaimsete või emotsionaalsete häiretega või on need tingitud täielik süsteem sensoorsete andmete töötlemine normaalse, neuroloogilisest vaatepunktist terve ja stabiilse psüühika töö käigus? Kas sellised evolutsioonilised tegurid nagu seksuaalsus ja kaaslase otsimine võivad mõjutada usulise ekstaasi bioloogilist aspekti?

Püüdes paremini mõista, mis meie teooriast järeldub, puutusime ikka ja jälle kokku sama küsimusega, mis näib olevat kõigist peamine: kas oleme leidnud ühised bioloogilised juured kõigile religioossetele kogemustele? Ja kui see leitakse, siis mida ütleb see teooria meile vaimse otsingu olemuse kohta?

Skeptik võib öelda, et kui kõik vaimsed püüdlused ja kogemused, sealhulgas inimeste soov jumalikuga kontakti luua, on oma olemuselt bioloogilised, on selle põhjuseks luululine seisund, närvirakkude kogunemise biokeemiliste protsesside rikkumine.

SPECT-uuringute andmed viitavad aga teisele võimalusele. Siinne orientatsioonitsoon töötas ebatavaliselt, kuid ei saa öelda, et see ei töötanud õigesti, ja usume, et tomogrammi värvilised pildid arvutiekraanil näitasid meile, kuidas aju muudab vaimse kogemuse reaalsuseks. Pärast aastatepikkust kirjandust ja uurimistööd arvame Gene ja mina jätkuvalt, et tegemist on tõeliste neuroloogiliste protsessidega, mis on arenenud selleks, et võimaldada meil, inimestel, ületada materiaalne eksistents ja luua ühendus iseenda sügavama, vaimse osaga, mida me tajume absoluutse ja universaalne reaalsus, mis ühendab meid kõige olemasolevaga.

Selles raamatus kavatseme neile üllatavatele hüpoteesidele konteksti anda. Vaatleme inimese müütide loomise soovi bioloogilist külge ja näitame neuroloogilisi mehhanisme, mis annavad neile müütidele vormi ja jõu. Räägime müüdi ja rituaali vahekorrast ning selgitame, kuidas rituaalne käitumine mõjutab aju närvirakke, luues olekuid, mis on seotud erinevate transtsendentsete kogemustega, alates kergest vaimsest kogukonnatundest koguduse liikmetega ja lõpetades. sügavam ühtsustunne, mis avaldub intensiivsetes ja pikaajalistes religioossetes riitustes osalemises. Näitame, et iga religiooni ja igas vanuses pühakute ja müstikute sügavat vaimset kogemust saab seostada ka ajutegevusega, mis annab rituaalile transtsendentse jõu. Samuti näitame, kuidas aju soov selliseid kogemusi tõlgendada võib saada erinevate spetsiifiliste usuliste veendumuste bioloogiliseks aluseks.

Mu kolleeg ja sõber Gene d'Aquili suri kahjuks veidi enne selle raamatu ilmumist ja temast tuntakse siin väga puudust. See oli Gene, kes inspireeris mind uurima meele ja vaimu suhet, tema õpetas mind vaatama meie koljus asuva ainulaadse organi keerulist struktuuri erinevate silmadega. Meie ühine töö Teaduslikud uuringud mis on selle raamatu aluseks, sundis mind uuesti läbi vaatama oma peamised ideed religioonist ja sisuliselt elust, reaalsusest ja isegi minu enesetundest. See oli teekond oma mina avastamiseks, milles ma muutusin, ja nagu ma arvan, et meie aju kutsub meid. Nendel lehtedel järgnev on teekond kõige rohkem sügavaid saladusi See algab kõige lihtsamast küsimusest: kuidas aju määrab, mis on tõeline?

Tähelepanu assotsiatiivse tsooni võimet kujundada kavatsusi ja neid ellu viia näitavad ka selle kahjujuhtumite uuringud. Kui see tsoon ebaõnnestub, kaotab patsient võime keskenduda, planeerida tulevast käitumist ja täita keerulisi tajumisülesandeid, mis nõuavad keskendunud või püsivat tähelepanu. Näiteks sellise kahju ohver ei suuda sageli pikka lauset lõpetada ega päevaplaani ette võtta. Sageli toob see kaasa ka tunnete lamenemise, tahtekaotuse ja sügava ükskõiksuse ümbritseva maailma sündmuste suhtes. Need faktid, nagu ka aju pildistamise uuringud, näitavad, et otsmikusagarad on seotud emotsioonide töötlemise ja kontrolliga, suheldes limbilise süsteemiga, millega neil on palju omavahelisi seoseid.
Tähelepanu assotsiatiivse tsooni tööd illustreerib hästi järgmine eksperiment. Kui katsealustel paluti valjusti loendada, suurendas see aju aktiivsust peamiselt motoorses piirkonnas, mis kontrollib keele, huulte ja suu liigutusi. Aga kui katsealused ise lugesid, tõi see kaasa assotsiatiivse tähelepanutsooni aktiivsuse suurenemise: tõenäoliselt aitab see tsoon ajul ülesandele keskenduda, eriti motoorse aktiivsuse puudumisel.
Assotsiatiivne tähelepanutsoon, nagu juba näidatud, mängib olulist rolli erinevate usuliste ja vaimsete kogemuste kujunemisel. Mitmed ajupildiuuringud, sealhulgas meie oma, on näidanud, et teatud tüüpi meditatsiooni ajal suureneb assotsiatiivse tähelepanupiirkonna aktiivsus. Mitmed teised elektroentsefalograafiat (EEG) kasutanud uuringud on näidanud, et aju otsmikusagara elektriline aktiivsus muutub püsiva keskendumise seisundite ajal ja et need muutused on zeni praktikutel eriti märgatavad meditatsiooni ajal.
Kuigi intensiivse keskendumise ajal toimuvate EEG muutuste kohta on palju andmeid, on kahjuks ainult üks EEG uuring ajal, mil katsealune kogeb midagi tippkogemusele lähedast. Kuna tippkogemused on suhteliselt haruldased, on sellise kogemuse hetke EEG-l üsna raske fikseerida. Sellel teemal toimusid meditatsiooni ajal olulised EEG muutused, eelkõige assotsiatiivses tähelepanutsoonis ja orientatsiooni-assotsiatiivses tsoonis.
Usume, et assotsiatiivne tähelepanutsoon aktiveerub vaimsete praktikate, näiteks meditatsiooni käigus, kuna see on seotud emotsionaalsete reaktsioonide kujunemisega – ja religioossete kogemustega kaasnevad tavaliselt tugevad emotsioonid. Seetõttu on meil õigus eeldada, et assotsiatiivne tähelepanutsoon suhtleb aktiivselt teiste ajustruktuuridega, mis vastutavad emotsioonide eest meditatiivsete ja religioossete seisundite ajal.

Maailma kataloogi loomine: verbaalne-kontseptuaalne assotsiatiivne tsoon

Abstraktsete mõistete kujunemise ja nende verbaalse väljenduse eest vastutab eeskätt verbaal-kontseptuaalne assotsiatiivne tsoon, mis asub ajalise, parietaalse ja kuklasagara ristumiskohas. Enamik kognitiivseid operatsioone kõne kasutamise ja selle mõistmisega - mõistete võrdlemine, vastandite uurimine, objektide ja nende kategooriate nimetamine, aga ka kõrgema järgu grammatilisi ja loogilisi funktsioone - teostavad just nimelt verbaalne-kontseptuaalne assotsiatiivne tsoon. Need toimingud on hädavajalikud teadvuse arendamiseks ja teadvuse sisu väljendamiseks sõnade abil.

Religioossete kogemuste kujunemisel mängib kõige olulisemat rolli oimusagara.

Verbaal-kontseptuaalne assotsiatiivne tsoon on meie psüühika töö jaoks äärmiselt oluline ja seetõttu ei tohiks imestada, et see mängib religioossete kogemuste kujunemisel otsustavat rolli, kuna peaaegu kõigil religioossetel kogemustel on kognitiivne või kontseptuaalne komponent - ehk see osa neist, mille kohta me võime olla teadlikud. Los Angelese California ülikoolis VS Ramachandrani läbi viidud uuring näitas, et oimusagara epilepsiaga patsiendid reageerivad paremini religioossele keelele, eriti religioossetele terminitele ja kujutistele. Nende andmete põhjal võib oletada, et oimusagaral on oluline roll religioossete kogemuste kujunemisel. See on koduks ka teistele olulistele ajufunktsioonidele, nagu põhjus-tagajärg mõtlemine, mis on seotud meie võimega luua müüte ja sellega, kuidas müüte rituaalide kaudu väljendatakse.

* * *

Neli kirjeldatud assotsiatsioonipiirkonda esindavad kõige keerulisemaid neuroloogilisi aju struktuure. Tänu täiuslikule töötlemisele või erinevate kanalite kaudu tulevale infole saame luua reaalsusest elava tervikpildi, mis muutub sujuvalt ja arusaadavalt iga sekundiga. Mida täiuslikum on see taju, seda suuremad on meie ellujäämisvõimalused ja selle tulemusena allub kogu aju neurobioloogiline aktiivsus ellujäämise ülesandele.

Kuidas aju oma meelt loob

Inimese aju evolutsiooni käigus juhtus midagi hämmastavat: aju, millel on suurepärane võime reaalsust tajuda, hakkas tunnetama oma olemasolu, nii et inimene omandas võime peegeldada, justkui mõeldes sellele, mis toimub. väljast, reaalsuse pildist, mille tema enda aju loob. Nii ilmus inimese pähe midagi sisemise isikliku eneseteadvuse taolist – sõltumatu mina, kes tegeles vaatlusega.
Mina, kõigi selle emotsioonide, aistingute ja mõtetega, tavaliselt helistame meelt.
Neuroloogia ei suuda veenvalt selgitada, kuidas see juhtub – kuidas bioloogilised funktsioonid tekitavad immateriaalse meele; kuidas ajuaparaat, selle "liha ja veri", võib ootamatult muutuda eneseteadvuseks. Tegelikult on teadus ja filosoofia selle küsimusega maadelnud juba rohkem kui ühe sajandi, kuid pole veel leidnud sellele selget vastust ega isegi vihjet selle lähituleviku omandamiseks.

Aju loob meele. Teadus võib näidata, et vaim ei eksisteeri ilma aju neuroloogilise aktiivsuseta

Oleme seni kasutanud mõisteid "aju" ja "mõistus" üsna lõdvalt. Paar lihtsat ja üheselt mõistetavat määratlust, mis põhinevad oluliste psüühiliste protsesside üha suuremal mõistmisel, aitavad meid nüüd. Need määratlused osutavad eelkõige ajustruktuuride harmoonilisele koostööle, mille eesmärk on muuta sensoorsed algandmed sidusaks pildiks väljaspool kolju asuvat maailma. Niisiis, aju on olemas materiaalsete struktuuride kogum, mis kogub ja töötleb sensoorset, kognitiivset ja emotsionaalset teavet; meelt on mõtlemise, mälu ja emotsioonide nähtused, mis tekivad aju tajuprotsesside poolt.
Lihtsamalt öeldes loob aju meele. Teadus võib näidata, et vaim ei eksisteeri ilma aju neuroloogilise aktiivsuseta. Kui aju poleks täiuslikult töötlemisvõimeline Erinevat tüüpi sellele tulevaid andmeid, mõtteid ja tundeid, millest mõistus koosneb, mõistust lihtsalt ei eksisteeriks. Samas tekitab aju lakkamatu soov ehitada võimalikult erksat ja keerukat tajupilti paratamatult mõtteid ja emotsioone, millest mõistus kujuneb.
Niisiis, neuroteaduse seisukohalt ei saa mõistus eksisteerida ilma ajuta ja aju ei saa peatada soovi luua mõistust iseeneses. Meele ja aju vahel on nii tihe seos, et neid kahte mõistet oleks mõistlikum käsitleda sama reaalsuse kahe erineva aspektina.
Tasub meeles pidada, et näiteks ühe mõtte ilmumiseks inimeses on vaja sadade tuhandete neuronite kõige keerulisemat ühistööd. Kui me tahame eraldada mõistust ajust, peaksime vaimselt eraldama iga neuroni selle funktsioonidest – see oleks samaväärne püüdega eraldada ookeani soolane vesi energiast, mis paneb lained liikuma ja annab neile teatud kuju. . Laine eksisteerimiseks on vaja mõlemat elementi: ilma energiata jääks veepind tasaseks, ilma veeta see energia väljendust ei leiaks. Samamoodi on võimatu eraldada neuroneid nende funktsioonidest. Kui me saaksime seda teha, vabaneks mõte oma neurobioloogilisest alusest ja me saaksime vaadelda mõistust kui midagi ajust eraldiseisvat, õhus hõljuvat teadvust, mida võib nimetada "hingeks".
Kuid üht teisest eraldada, isegi üheainsa mõtte puhul, on täiesti võimatu. Kui mõelda aju mitmemõõtmelisele ja terviklikule neurobioloogilisele aktiivsusele, ei saa te neuroneid nende funktsioonidest eraldada. Mõistus ütleb meile ikka ja jälle, et mõistus vajab aju, et aju loob mõistuse ja need kaks olemit on oma olemuselt üks, kuid me kasutame neid kahte terminit ainult seetõttu, et me vaatame seda tervikut kahest vaatenurgast.

Ühe mõtte ilmnemiseks inimeses on vaja sadade tuhandete neuronite kõige keerulisemat ühistööd.

Bioloogilise aju ja kehatu meele arusaamatu ühtsus on esimene aspekt selles, mida me nimetame mõistuse müstiliseks potentsiaaliks. Teine aspekt, millele meie SPECT-uuring kaudselt osutab, on see, et mõistus tajub vaimseid kogemusi millegi tõelisena. See omadus, mis on seotud mõistuse võimega siseneda muutunud teadvuse seisunditesse ja muuta oma hinnangut reaalsusele vastavalt neuroloogilisel tasandil, määrab bioloogia ja religiooni vahelise tiheda seose. Kuid enne, kui hakkame selle seose olemust käsitlema, räägime emotsionaalsetest ja neurobioloogilistest komponentidest, mis teevad ajust müstilise meele aluse.

3. Aju arhitektuur. Kuidas aju mõistust üles ehitab

Iga kord, kui hingejõud suhtlevad loodud maailmaga, saavad nad loomingust loodud kujundeid ja sarnasusi ning neelavad need endasse. Seega tekib hinges teadmine loomingust. Loodud asjad ei saa saada hingele lähedasemaks, kui on öeldud ja hing saab loomingule läheneda vaid kujundite sihipärase tajumise kaudu. Ja ainult sellise kujundi kaudu läheneb hing loodud maailmale, sest pilt on see, mida hing oma jõududega loob. Hing ihkab teada näiteks kivi, hobuse, inimese olemust. Seejärel loob ta pildi.

Meister Eckhart, Mystiche Schriften, op. autor: Evelyn Underhill, Müstika

Keskaegne saksa müstik Meister Eckhart elas mitu sajandit enne neuroteaduse tulekut. Tundub, et ta on aga intuitiivselt mõistnud selle distsipliini üht alusprintsiipi: see, mida me reaalsusena tajume, on tegelikult vaid aju loodud kujutlus reaalsusest.
Meie praegune arusaam aju tajuvõimest kinnitab tema seisukohta. Miski ei sisene teadvusesse kui valmis tervik. Puudub otsene ja objektiivne reaalsuskogemus.
Kõik, mida aju tajub – kõik mõtted, tunded, intuitsioonid, mälestused, arusaamad, soovid ja ilmutused – on infot töötlev aju kokku pannud neuroniimpulsside voost, sensoorsetest andmetest ja üksikutest kognitiivsetest elementidest, mis on hajutatud selle struktuurides ja närvisüsteemis. teed..

Miski ei sisene teadvusesse kui valmis tervik. Puudub otsene ja objektiivne reaalsuskogemus. Kõik, mida aju tajub, on infot töötlev aju kokku pannud neuroniimpulsside voost, sensoorsetest andmetest ja üksikutest kognitiivsetest elementidest.

Arusaam, et meie reaalsuskogemus – ja seejuures kõik meie kogemused – on vaid "teisene" kujutlus sellest, mis võiks (või ei saa) olla objektiivselt reaalne, tekitab sügavaid küsimusi inimeksistentsi aluste kohta. vaimse kogemuse neurobioloogiline olemus. Näiteks meie uuringud, milles osalesid Tiibeti meditatsioonipraktikud ja frantsiskaani nunnad, näitasid, et kogemused, mis tundusid neile vaimsed, olid otseselt seotud teatud ajupiirkondade aktiivsuse täheldatud tõusuga. Reduktsionistid võiksid sellest teha järgmise järelduse: religioosne kogemus on närvisüsteemi kujutlusvõime vili, nii et Jumal elab füüsiliselt "teie meeles". Kuid sügav arusaam sellest, kuidas aju ja mõistus reaalsust kokku panevad ja seda kogevad, viitab millelegi muule.

Kui Jumal on olemas ja kui Ta ilmus sulle mingil kujul kehastununa, ei saaks sa Tema kohalolekut kogeda muul viisil, kui vaid sinu närvisüsteemi loodud reaalsuspildi kaudu.

Kujutage näiteks ette, et teie aju uuritakse pildistamise teel. Õppetöö ajal kutsutakse teid sööma suurt tükki omatehtud õunakooki. Maitset nautides saavad teadlased pildi neuroloogilisest tegevusest erinevates infotöötluskeskustes, kus meelte sisend muundatakse spetsiifilisteks neurobioloogilisteks mustriteks, mis on seotud maitsva piruka söömise kogemusega: haistmistsoonid registreerivad meeldiva lõhna. õuntest ja kaneelist loovad visuaalsed tsoonid kujutluse imelisest kuldpruunist, puutekeskused annavad üheaegselt pildi millestki kargest ja pehmest ning samal ajal annab maitsetsoon teada, et sööd midagi magusat. rikkalikud maitseelamused. SPECT näitab paljuski sama pilti, mida täheldasime mediteerivate budistide ja palvetavate nunnade uurimisel, ning me näeme arvutimonitoril heledaid laike. Maitsva piruka söömise kogemus on sõna otseses mõttes teie ajus, kuid see ei tähenda, et pirukas oleks illusoorne või ebareaalne.
Samamoodi, kui saame teada, millised neurobioloogilised protsessid on vaimse kogemuse taga, ei tähenda see, et me kuulutame selle kogemuse ebareaalseks. Kui, ütleme, Jumal on olemas ja kui Ta on ilmunud sulle mingil kujul kehastununa, ei saaks sa Tema kohalolekut kogeda muul viisil kui närvisüsteemi loodud reaalsuskujundi kaudu. Teil on vaja kuulmisanalüsaatorit, et kuulda Tema häält, visuaalset süsteemi, et näha Tema nägu, ja kognitiivset töötlust, et mõista, mida Ta teile selle nähtusega öelda tahtis. Ja isegi kui Ta kõneleb sinuga müstiliselt, vajad lisaks sõnadele ka kognitiivseid funktsioone, et mõista öeldu tähendust, ja info sissevoolu aju emotsionaalsetest keskustest, et saaksid kogeda sügavat imetlust ja aukartust. Siin on neuroteadusega kõik selge: Jumal ei saa teie pähe siseneda muul viisil, kui ainult aju närviradade kaudu.

Jumal ei saa eksisteerida mõiste või reaalsusena väljaspool teie aju.

Järelikult ei saa Jumal kontseptsiooni ega reaalsusena eksisteerida kusagil väljaspool teie aju. Selles mõttes saavad nii vaimne kogemus kui ka tavalised materiaalse looduse kogemused aju jaoks reaalsuseks ühtmoodi – ajus toimuva informatsiooni töötlemise ja mõistuse kognitiivsete võimete töö kaudu. Olenemata vaimsete kogemuste lõplikust olemusest – olgu need siis autentse vaimse reaalsuse peegeldused või lihtsalt puhtalt neurobioloogilised pildid – toimuvad kõik olulised sündmused, mis on seotud inimese vaimsusega, meeles. Teisisõnu, mõistusel on definitsiooni järgi müstiline olemus. Me ei saa kindlalt öelda, kuidas sellised võimed tal tekkisid, kuid leiame nende neurobioloogilise aluse: mõned olulisemad struktuurid ja funktsioonid, eelkõige autonoomne närvisüsteem, limbilise süsteemi ja aju keerukad analüütilised funktsioonid.

Ergastus- ja rahustamissüsteemid

Ergutus- ja rahusüsteemid on keha närvisüsteemi kõige olulisem osa ning nende kiud toimivad olulise neuroloogilise sillana aju ja kõigi teiste kehaosade vahel. Aju erinevatest struktuuridest infot saades osaleb autonoomne närvisüsteem selliste oluliste funktsioonide reguleerimises nagu pulss, vererõhk, kehatemperatuur ja seedimine. Samal ajal, kuna see on seotud kõrgemate struktuuridega, avaldab see tugevat mõju paljudele teistele ajutegevuse aspektidele, sealhulgas emotsioonide ja meeleolude tekitamisele.
Autonoomsel närvisüsteemil on kaks jaotust: sümpaatiline ja parasümpaatiline süsteem. Sümpaatiline närvisüsteem on aluseks kehalisele “võitle või põgene” reaktsioonile, mis tekitab adrenaliini hetkel, kui on vaja end ohu eest kaitsta või põgeneda. Seda erutussüsteemi aktiveerivad ka positiivsed kogemused – selle tõttu hakkab näiteks jahimehe süda saagile lähenedes kiiresti lööma. See juhtub ka siis, kui inimene läheneb oma seksuaalpartnerile. Tegelikult aktiveerib iga olukord, millel on midagi pistmist ellujäämisega, sümpaatilise süsteemi. Olgu see uus potentsiaalne võimalus või oht, reaktsioon on sama – see on keha viimine valmisolekusse, erutusse. Füsioloogilisel tasandil väljendub see südame löögisageduse tõusus, vererõhu tõusus, hingamise suurenemises ja lihastoonuse tõusus. Erutusseisundis kulutab keha heldelt energiat, et saaks otsustavalt tegutseda.
Kuna sümpaatiline süsteem valmistab keha ette tegevuseks, nimetame seda, sealhulgas selle ühendusi aju ja neerupealistega, erutussüsteemiks.
Ergastussüsteemil on oma vastukaal – parasümpaatiline närvisüsteem. Ta vastutab energia säästmise ja harmoonilise tasakaalu eest keha põhifunktsioonide töös. See reguleerib und, kutsub esile lõõgastumise, soodustab seedimist ja kontrollib rakkude kasvu. Kuna sellel on kehale rahustav ja stabiliseeriv toime, nimetame parasümpaatilist närvisüsteemi koos mõne sellega seotud struktuuriga aju ülemises ja alumises osas rahustamissüsteemiks.
Üldiselt toimivad erutus- ja rahustamissüsteemid antagonismi põhimõttel: kui ühe aktiivsus suureneb, siis teise aktiivsus väheneb. See võimaldab kehal ja ajul töötada sujuvalt ja reageerida asjakohaselt igale uuele olukorrale. Oletame, et ohu tekkimisel annab rahustav süsteem teed ergastussüsteemile, võimaldades sellel kulutada energiat, mis valmistab keha füsioloogiliselt ette tegevuseks. Samamoodi läheb ergutussüsteem tagaplaanile, kui oht on möödas ja seejärel rahustussüsteemi toimel vererõhk langeb, hingamine aeglustub ning keha hakkab koguma vajalikke kütuse- ja energiavarusid.
Need kaks süsteemi loovutavad reeglina võimu üksteisele igapäevaste asjade ajamise käigus rohkem kui üks kord. Kuid mõnel juhul töötavad mõlemad süsteemid samaaegselt, kui miski sunnib neid maksimaalselt aktiveeruma, ja seda täheldatakse alternatiivsete teadvusseisundite tekkimisel. Need ebatavalised muutunud teadvuse seisundid vallandavad tugevad füüsilised või vaimsed päästikud, nagu tantsimine, jooksmine või pidev keskendumine. Neid seisundeid saab teadlikult vallandada spetsiaalsete, otseselt religiooniga seotud tegevuste – rituaalide või meditatsiooni abil. Asjaolu, et nii tahtlikult esile kutsutud kui ka tahtmatud seisundid on väga sarnased, näitab, et autonoomne närvisüsteem on otseselt seotud aju võimaliku võimega kogeda vaimseid kogemusi.
Usume, et tegelikult on autonoomne närvisüsteem vaimsete kogemuste tekkimisel põhiline. Paljud varasemad uuringud on näidanud, et selliseid praktikaid nagu tantra jooga või transtsendentaalne meditatsioon seostatakse oluliste muutustega südame löögisageduses ja hingamises, aga ka vererõhu tasemetes – kõike seda kontrollib autonoomne närvisüsteem.

Vastus küsimusele, mida neuroteadust uurib, on üsna lühike. Neurobioloogia on bioloogia ja teaduse haru, mis uurib aju struktuuri, funktsiooni ja füsioloogiat. Juba selle teaduse nimi ütleb, et peamised uurimisobjektid on närvirakud - neuronid, mis moodustavad kogu närvisüsteemi.

• Millest aju koosneb peale neuronite?
• Neuroteaduse arengu ajalugu
• Neurobioloogilised uurimismeetodid

Millest aju koosneb peale neuronite?

Närvisüsteemi ehituses osalevad lisaks neuronitele endile ka mitmesugused rakulised gliad, mis moodustavad suurema osa aju ja teiste närvisüsteemi osade mahust. Glia on loodud teenima ja tihedalt suhtlema neuronitega, tagades nende normaalse funktsioneerimise ja elutähtsa aktiivsuse. Seetõttu uurib kaasaegne aju neurobioloogia neurogliat ja nende erinevaid funktsioone neuronite varustamiseks.

Neuroteaduse arengu ajalugu

Neurobioloogia kui teaduse kaasaegne arengulugu sai alguse avastuste ahelast 19. ja 20. sajandi vahetusel:

1. J.-P. esindajad ja toetajad. Saksa füsioloogiakoolkonna Müller (G. von Helmholtz, K. Ludwig, L. Hermann, E. Dubois-Reymond, J. Bernstein, K. Bernard jt) suutsid tõestada poolt edastatavate signaalide elektrilist olemust. närvikiud.
2. Yu. Bernshtein pakkus 1902. aastal välja närvikoe ergastamist kirjeldava membraaniteooria, kus otsustav roll omistati kaaliumiioonidele.
3. Tema kaasaegne E. Overton avastas samal aastal, et naatrium on vajalik närvis erutuse tekitamiseks. Kuid kaasaegsed ei hinnanud Overtoni teoseid.
4. K. Bernard ja E. Dubois-Reymond väitsid, et ajusignaalid edastatakse kemikaalide kaudu.
5. Vene teadlane V. Yu. Ta kinnitas ka katseliselt, et elektrivoolul on ärritav füüsikaline ja keemiline toime.
6. Elektroentsefalograafia päritolu oli V.V. Pravdich-Neminsky, kes suutis 1913. aastal esimest korda registreerida koera kolju pinnalt tema aju elektrilise aktiivsuse. Ja esimese inimese elektroentsefalogrammi salvestuse tegi 1928. aastal Austria psühhiaater G. Berger.
7. E. Huxley, A. Hodgkini ja K. Cole'i ​​uuringutes selgusid neuronite erutuvuse mehhanismid raku- ja molekulaarsel tasandil. Esimene 1939. aastal suutis mõõta, kuidas hiidkalmaari aksonite membraani ergastus muudab selle ioonjuhtivust.
8. 60ndatel Ukraina NSV Teaduste Akadeemia Füsioloogia Instituudis ak. P. Kostjuk registreeris esimesena ioonvoolud selgroogsete ja selgrootute neuronite membraanide ergastamise hetkel.

Seejärel täiendati neurobioloogia arengu ajalugu paljude rakusisese signaalimise protsessis osalevate komponentide avastamisega:

• fosfataasid;
• kinaasid;
• ensüümid, mis osalevad teise sõnumitoojate sünteesis;
• arvukad G-valgud ja teised.

E. Neeri ja B. Sakmani töös kirjeldati üksikute ioonkanalite uuringuid konnalihaskiududes, mis aktiveerusid atsetüülkoliini toimel. Uurimismeetodite edasiarendamine võimaldas uurida erinevate rakumembraanides esinevate üksikute ioonikanalite aktiivsust. Viimase 20 aasta jooksul on neurobioloogia alustesse laialdaselt juurutatud molekulaarbioloogia meetodeid, mis võimaldasid mõista keemiline struktuur rakusisese ja rakkudevahelise signaaliülekande protsessides osalevad mitmesugused valgud. Elektroonilise ja täiustatud optilise mikroskoopia ning lasertehnoloogiate abil sai võimalikuks uurida närvirakkude ja organellide füsioloogia põhialuseid makro- ja mikrotasandil.

Video neuroteadusest - ajuteadusest:

Neurobioloogilised uurimismeetodid

Inimese aju neurobioloogia teoreetilised uurimismeetodid põhinevad suures osas loomade kesknärvisüsteemi uurimisel. Inimese aju on pika üldise elu arengu tulemus planeedil, mis sai alguse Arheuse perioodil ja kestab tänaseni. Loodus on läbi elanud lugematul hulgal kesknärvisüsteemi ja selle koostisosade variante. Nii märgati, et protsessidega neuronid ja neis toimuvad protsessid inimestel jäid täpselt samaks, mis palju primitiivsematel loomadel (kalad, lülijalgsed, roomajad, kahepaiksed jne).

Viimaste aastate neurobioloogia arengus kasutatakse üha enam merisigade ja vastsündinud rottide intravitaalseid ajulõike. Sageli kasutatakse kunstlikult kasvatatud närvikudet.

Mida suudavad tänapäevased neuroteaduse meetodid näidata? Esiteks on need üksikute neuronite ja nende protsesside toimimismehhanismid. Protsesside või neuronite endi bioelektrilise aktiivsuse registreerimiseks kasutatakse spetsiaalseid mikroelektrooditehnoloogia tehnikaid. Olenevalt ülesannetest ja uurimisobjektidest võib see välja näha erinev.

Kõige sagedamini kasutatakse kahte tüüpi mikroelektroode: klaasi ja metalli. Viimase jaoks võetakse sageli volframtraati paksusega 0,3–1 mm. Ühe neuroni aktiivsuse registreerimiseks sisestatakse mikroelektrood manipulaatorisse, mis suudab seda looma ajus väga täpselt liigutada. Manipulaator võib sõltuvalt lahendatavatest ülesannetest töötada eraldi või olla objekti pealuu külge kinnitatud. Viimasel juhul peab seade olema miniatuurne, mistõttu seda nimetatakse mikromanipulaatoriks.

Registreeritud bioelektriline aktiivsus sõltub mikroelektroodi otsa raadiusest. Kui see läbimõõt ei ületa 5 mikronit, on võimalik registreerida ühe neuroni potentsiaal, kui sel juhul läheneb elektroodi ots uuritavale närvirakule umbes 100 mikroni võrra. Kui mikroelektroodi otsa läbimõõt on kaks korda suurem, siis registreeritakse kümnete või isegi sadade neuronite samaaegne aktiivsus. Samuti on laialt levinud klaaskapillaaridest mikroelektroodid, mille läbimõõt jääb vahemikku 1–3 mm.

Mida huvitavat tead neuroteadusest? Mida te sellest teadusest arvate? Räägi meile sellest kommentaarides.

Ajuteadus on üks. See ei hõlma mitte ainult füsioloogiat, vaid praktiliselt kõiki bioloogilisi ja mitmeid meditsiinilisi distsipliine, füüsikat oma tehniliste saavutustega, keemiat koos uute ravimite sünteesi võimalustega, matemaatikat ja arvutiteadust, sest on aeg proovida tohutut massiivi süstematiseerida. kogutud andmetest ja koostada, vähemalt esimeses lähenduses, aju teabeteooria. Ja loomulikult hõlmab see teadus psühholoogiat ja filosoofiat.

Ühed esimesed, kes hakkasid ehitama silda füsioloogiast psühholoogiasse, olid meie suured teadlased Ivan Sechenov ja Ivan Pavlov, kes andsid võimsa tõuke vene füsioloogilise koolkonna arengule. Õnneks jäi ta ellu. Saavutused kaasaegne teadus aju kohta on hämmastavad. Nüüd äratavad nad ellu grandioosseid riiklikke projekte, mis on suunatud inimeste tervisele ja uue loomisele infotehnoloogiad(USA ja Hiina hakkavad neid juba rakendama). Venemaa peab selle aja väljakutse vastu võtma. Meil on selleks teaduslik potentsiaal. Kõik, mida vajate, on tugev tugi. Millised neuroteaduse uurimisvaldkonnad on meie jaoks kõige olulisemad? Mulle tundub, et aju uurimisel on vähemalt kuus voolusuunda.

Ioonikanal on bioloogilisse membraani "sisestatud" membraanivalk - elusraku võtmemolekulaarne "kiip".

EVOLUTSIOON JA INDIVIDUAALNE ARENG

Ilma evolutsiooniprotsessi olemust mõistmata on võimatu mõista inimaju olemust koos selle kõrgemate vaimsete võimetega. Muide, termini "evolutsiooniline füsioloogia" pakkus 1914. aastal välja zooloog Aleksei Severtsov (akadeemik aastast 1920). Ja selle fundamentaalse teadusliku suuna kujunemine on seotud kodumaise teadusega, füsioloogide akadeemik Leon Orbeli ja NSVL Teaduste Akadeemia korrespondentliikme Khachatur Koshtoyantsi nimedega. 1956. aastal lõi Orbeli Leningradis Evolutsioonilise Füsioloogia ja Biokeemia Instituudi, olles saavutanud sellele Ivan Sechenovi nime omistamise. Rohkem kui pool sajandit on siin aktiivselt uuritud evolutsioonilise füsioloogia vallas. Samal ajal võetakse arvesse erinevad tasemed elusüsteemide keerukus. Nii osutus akadeemik Juri Natotšini ja Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliikme Nikolai Veselkini väljatöötatud idee kohaselt primitiivsetes ainuraksetes organismides evolutsiooniprotsessi varases staadiumis tekkinud keemilise regulatsiooni ja signaalimise süsteem. nõudlik, kui ilmusid mitmerakulised organismid, kuni primaatide ja inimesteni. Samal ajal arenes see hormonaalseks ja spetsialiseerunud neuroendokriinsüsteemiks. Viimane hoiab homöostaasi, reguleerib olulised funktsioonid aju ja vistseraalne (seotud siseorganid) süsteemid.

Ontogeneesi mehhanismi uurimine on tänapäeva ajuteaduse kõige aktuaalsem suund. Selle probleemiga tegeleb arengubioloogia instituudis edukalt akadeemik Mihhail Ugrjumov. N. K. Koltsova Venemaa Teaduste Akadeemiast (Moskva), teeb aktiivselt koostööd Prantsuse neurobioloogidega.

Teadvuse areng on tänapäevase neuroteaduse teine ​​oluline ja põnev valdkond. Kui loomadel on "esmane teadvus", siis inimestel - suuresti tänu keele olemasolule - selle kõrgeim vorm. Sellepärast ei saa inimteadvuse olemust mõista ilma geneetilisi aluseid ja keele evolutsioonilist arengut tundmata. Küsimus, kuidas ja millal keel tekkis, jääb lahtiseks. Arutletakse kahe võimaluse üle: kas ta on geneetilise "plahvatuse" tulemus või väikeste mutatsioonide järkjärgulise loomuliku valiku tulemus. Vaatamata vastusele panevad eksperdid evolutsioonipuu primaatide seltsi, hominiidide perekondadest, perekond Homo sapiens dateerimine järgmiselt: keele neuroanatoomiline substraat tekkis Homo erectuses umbes 2 miljonit aastat tagasi; protokeel ilmus Homo habilisis umbes 1 miljon aastat tagasi; lõpuks pärineb Homo sapiensis täielikult väljakujunenud keel umbes 75 tuhande aasta tagusest ajast. Huvitavamaid neurolingvistilisi uuringuid füsioloogia ja lingvistika ristumiskohas viivad Peterburi ülikoolis aktiivselt läbi bioloogiadoktor ja filoloogiadoktor Tatjana Tšernigovskaja.

MOLEKULAARFÜSIOLOOGIA

Täiskasvanu ajus on umbes 100 miljardit närvirakku ja nende vahel umbes 100 triljonit ühendust, mida nimetatakse sünapsideks. Rääkides info töötlemisest ajus, "närvivõrkudest", tuleb silmas pidada, et "võrgud" on puhtalt informatsiooniline mõiste. Tegelikult pole närvisüsteem üldsegi võrgustik, nagu varem arvati, vaid 100 miljardit üksteisega kontaktis olevat üksikut rakku.

Teabe edastamine nende vahel toimub elektriliste ja keemiliste signaalide abil. Molekulaarfüsioloogia üks põhiülesannetest on täpselt aru saada, kuidas elektrisignaal (me ei räägi muidugi elektrivoolust, vaid ioonvooludest - positiivselt laetud kaaliumi, naatriumi, kaltsiumi ja negatiivselt laetud ioonidest, näiteks , kloor) levib piki närviraku pikki (akson) ja lühikesi (dendriit) protsesse ning kuidas see kokkupuutepunktis (sünapsis) keemiliselt edasi kandub.

Keemilise ülekande kandjad (neurotransmitterid või neurotransmitterid) on madalmolekulaarsed ühendid - atsetüülkoliin, glutamaat, dopamiin ja mitmed teised.

Närviraku "elementaarne alus" sisaldab niinimetatud "membraanivalke", mis on justkui "sisestatud" bioloogilisse membraani. Nendest membraani sisse ehitatud valkudest peatugem ioonikanalitel (mille kaudu kanduvad selektiivselt positiivselt või negatiivselt laetud ioonid - katioonid või anioonid) ja retseptoritel - membraanivalkudel, millele neurotransmitteri molekulid "istuvad" ja nendega suhtlevad. Valguretseptorite koostis sisaldab nii retseptori osa, mis "tunneb ära" neurotransmitteri molekuli, kui ka kanaliosa - ioonid kantakse läbi selle. "Klassikalised" ioonkanalid on väravaga, st. avada ja sulgeda, muutes membraani elektrilist pinget. Just ioonkanalid tagavad elektrisignaali (närviimpulsi) levimise mööda närvirakkude protsesse. Neuronidelt neuronitele edastatav teave on kodeeritud selliste impulsside jadaga. Sisuliselt on impulsside jada aju teabe "keel".

Valguretseptorite tohutu perekonna koostis sisaldab niinimetatud G-valke ehk signaalvalke, kuna need toimivad universaalsete vahendajatena valguse, keemiliste (maitse, lõhn), närvi- ja hormonaalsete signaalide rakusisesel edastamisel teistele vastutavatele valkudele. elusraku ühe või teise spetsiifilise funktsiooni jaoks. G-valku siduvate retseptorite "superperekonnast" on enim uuritud valgustundlikku visuaalset valku rodopsiin. Selle primaarstruktuuri (aminohappejärjestuse) lõi 1980. aastate alguses akadeemik Juri Ovtšinnikov ja tema kaastöötajad Venemaa Teaduste Akadeemia Moskva Bioorgaanilise Keemia Instituudis, mis nüüd kannab M. M. Šemjakini ja Yu. A. Ovtšinnikovi nime.

Molekulaarfüsioloogia kiireloomuline ülesanne tänapäeval on kanalite ja retseptorite kolmemõõtmelise struktuuri üksikasjalik kirjeldus, mõistmaks nende ja teiste valkudega interaktsiooni keerukust. On ilmne, et ainult fundamentaalsed teadmised raku "elementaarbaasist" võimaldavad mõista selle häirete olemust. Lihtsalt ei ole muud võimalust haiguste algpõhjuste väljaselgitamiseks ja nende edukaks raviks, samuti uute, sealhulgas neuro- ja psühhotroopsete ravimite loomiseks.

Ioonkanalite ja retseptorvalkude struktuuri ja funktsioonide uurimisel viimastel aastakümnetel tehtud silmapaistvate edusammude eest on rohkem kui üks Nobeli preemia. Päris paljud teaduslikud koolid, laborid ja rühmad töötavad selles vallas edukalt. Seega andis akadeemik Platon Kostjuk ioonikanalite uurimisse tohutu panuse. Tema jüngreid võib praegu leida Venemaal, Ukrainas ja paljudes teistes riikides. Selle koolkonna üks säravamaid esindajaid on Oleg Kryshtal, Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige ja Ukraina Rahvusliku Teaduste Akadeemia akadeemik. Tema tööd, sealhulgas tema avastatud prootonitundlike ioonikanalite kohta, avaldatakse mainekamates teadusajakirjades. Laialt on tuntud meditsiiniteaduste doktori Boriss Khodorovi (Vene Meditsiiniteaduste Akadeemia üldpatoloogia ja patofüsioloogia instituut), kelle tööd ioonikanalite ja närvirakkude erutatavuse kohta on saanud klassikaks, teaduskoolkond. Kõrgeima klassi uuringuid selles molekulaarfüsioloogia valdkonnas viivad läbi Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Galina Mozhaeva ja tema kolleegid Venemaa Teaduste Akadeemia Tsütoloogia Instituudist (Peterburi).

Erakordselt oluline suund on mudelsüsteemide uurimine, s.o. neisse "sisestatud" tehismembraanid ja ioonkanalid. Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Juri Tšizmadžev ja tema õpilased I. I. nimelises füüsikalise keemia ja elektrokeemia instituudis. A. N. Frumkin RAS (Moskva).

Nüüd natuke rohkem sünaptilistest retseptoritest, mis "ära tunnevad" ja suhtlevad neurotransmitteri molekulidega. Ajus on umbes 100 triljonit sünaptilist kontakti. Kuid sünaps pole lihtsalt kontakt, vaid kõige keerulisem molekulaarne "masin". See sisaldab kõiki protsesse, mis viivad peamiste ajutegevuse tüüpideni: taju, liikumine, õppimine, käitumine ja mälu. Sünaps on nii oluline struktuur, et selle uuringu tulemusel on tekkinud eraldi neuroteaduse valdkond - sünaptoloogia, milles Venemaa teadlased hõivavad väärilise koha.

Juba 1946. aastal avaldasid ülalmainitud Khachatur Koshtoyants ja Tigran Turpaev (akadeemik aastast 1992) ajakirjas Nature teedrajava artikli, kus nad esmakordselt esitasid tulemusi, mis näitavad neurotransmitteri atsetüülkoliini sünaptilise retseptori valgulist olemust. 60ndatel - XX sajandi 80ndate alguses. maailmatasemel töö seljaaju sünapside ja sünaptilise ülekande evolutsiooni alal tegi NSVL Teaduste Akadeemia korrespondentliige Aleksandr Šapovalov Evolutsioonifüsioloogia ja Biokeemia Instituudist. I. M. Sechenov.

Ja hiljuti avaldasid sama instituudi töötajad - Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Lev Magazanik ja tema õpilane, bioloogiateaduste doktor Denis Tihhonov - artikli glutamaadi retseptorite arengust - see on kõige olulisem valguretseptorite klass keskosas. närvisüsteem ja aju.

Glutamaat on peamine ergastav neurotransmitter ja selle retseptor, nagu selgus, on üks iidsemaid: selle lähteaineid leidub isegi taimedes ja prokarüootides (primitiivsed üherakulised mittetuumaorganismid). Teadmised nende retseptorite ruumilisest korraldusest ja molekulaarsest füsioloogiast võimaldavad Magazaniku laboril viia läbi sisukat ja sihipärast uute neuro- ja psühhotroopsete ravimite otsimist. Mõnda neist katsetatakse juba loomade peal.

Teine näide edusammudest valgu retseptori evolutsiooni, struktuuri ja funktsiooni mõistmisel on atsetüülkoliini retseptori uurimine. Nagu glutamaat, on atsetüülkoliin ka peamine neurotransmitter. Selle "kuuma" sünaptoloogia valdkonna prioriteetseid uuringuid viivad läbi Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliikmed Viktor Tsetlin ja Jevgeni Grišin Bioorgaanilise keemia instituudis. M. M. Šemjakin ja Yu. A. Ovtšinnikov.

Originaalne ja samal ajal traditsiooniline suund sünaptoloogia - närvi- ja lihasrakkude vahelise sünapsi uurimine. Seda arendavad edukalt RASi korrespondentliige Jevgeni Nikolsky ja RAMSi korrespondentliige Andrei Zefirov (Kaasani Biokeemia ja Biofüüsika Instituut RAS ja Kaasani Riiklik Meditsiiniülikool).

Kordan: sünaps on kõige keerulisem molekulaarne "masin". Selle rikkumistes peituvad närvi- ja vaimsed häired; oleviku ja tuleviku neuro- ja psühhofarmakoloogia on seotud sünapsiga.

SENSORSÜSTEEMIDE FÜSIOLOOGIA

Meie riigis on see traditsiooniliselt üks tugevamaid valdkondi. Selle alguseks olid akadeemikud füsioloog Leon Orbeli ja füüsik Sergei Vavilov. Just nemad andsid 1930. aastatel võimsa tõuke uurimistööle, esmalt nägemisfüsioloogia, millega nad ise tegelesid, ning seejärel kuulmis- ja muude sensoorsete modaalsuste alal. Iga sensoorse süsteemi töös on kolm peamist etappi. Esimene on vastuvõtt, st. välismõju - valguse (nägemine), mehaanilise (puudutus, kuulmine) või keemilise (maitse, lõhn) energia tajumine ja muundamine füsioloogiliseks signaaliks. Teine on signaali edastamine ja teabe töötlemine sensoorse süsteemi kõigil tasanditel: alates retseptorist kuni aju spetsiaalsete subkortikaalsete ja kortikaalsete osadeni. Kolmas on objektiivse välismaailma subjektiivse pildi moodustumine ajukoores. Iga etappi uurivad erinevate teadmiste valdkondade spetsialistid.

Sensoorset fotoretseptsiooni uuritakse edukalt mitmes laboris, sealhulgas bioloogiateaduste doktor Viktor Govardovskis evolutsioonilise füsioloogia ja biokeemia instituudis. I. M. Sechenov Venemaa Teaduste Akadeemiast, Oleg Sineštšekov ja Pavel Filippov Moskva Riiklikus Ülikoolis. M. V. Lomonosov, selle artikli autor Biokeemilise Füüsika Instituudis. N. M. Emanuel RAS. Venemaa Teaduste Akadeemia Rakubiofüüsika Instituudis Puštšinos asuvas Stanislav Kolesnikovi laboris tehakse edukalt tööd maitse retseptsiooniga Sensoorse vastuvõtu "molekulaarse masinavärgi" mõistmine avab uusi võimalusi nii meditsiinis kui ka tehnoloogias. Näiteks valgustundliku visuaalse valgu rodopsiini molekulis esinevate primaarsete fotokeemiliste reaktsioonide uurimise tulemused võivad olla paljutõotavad teabe töötlemiseks mõeldud kiirete seadmete loomiseks. Fakt on see, et see fotokeemiline reaktsioon toimub rodopsiinis ülilühikese ajaga – 100–200 fs (1 femtosekund – 10–15 s). Hiljuti Keemilise Füüsika Instituudi füüsika- ja matemaatikateaduste doktori Oleg Sarkisovi laborite ühistöös. N. N. Semenov RAS, bioorgaanilise keemia instituudi akadeemik Mihhail Kirpitšnikov. M. M. Shemyakin ja Yu. A. Ovchinnikov Venemaa Teaduste Akadeemiast ja selle artikli autor näitasid, et see reaktsioon pole mitte ainult ülikiire, vaid ka fotopööratav. See tähendab, et rodopsiini kujutises ja sarnasuses saab luua molekulaarse "fotolüliti" või "fotokiibi", mis töötab femto- ja pikosekundilises ajaskaalas.

Sensoorse teabe edastamine ja töötlemine, välismaailma subjektiivse pildi tuvastamine ja kujundamine, selle bioloogilise ja semantilise tähtsuse hindamine on sensoorse füsioloogia kiiresti arenev valdkond. Selles valdkonnas on meil viljakas laboratoorium Venemaa Teaduste Akadeemia Kõrgema Närvitegevuse ja Neurofüsioloogia Instituudis, mida kuni 2010. aasta alguseni juhtis akadeemik Igor Ševelev, samuti meditsiiniteaduste doktori Juri Šelepini laborid. , Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Yakov Altman füsioloogia instituudis. IP Pavlov RAS (Peterburi), ökoloogia ja evolutsiooni instituudi bioloogiateaduste doktor Aleksander Supin. A. N. Severtsov RAS (Moskva).

LIIKUMISE FÜSIOLOOGIA

Setšenovi sõnad, et "kõik ajutegevuse välised ilmingud on taandatavad lihaste liikumiseks", peavad paika ka tänapäeval. Kaasaegne liikumise füsioloogia on füsioloogide, matemaatikute ja kontrolliteooria valdkonna spetsialistide huvivaldkond.

Motoorse käitumise organiseerimisel on võtmeroll tagasisidel, mis võimaldab hinnata soorituse kulgu ja liigutuse tulemust ning vajadusel korrigeerida. Meie silmapaistvad füsioloogid NSVL Meditsiiniteaduste Akadeemia korrespondentliige Nikolai Bernštein ja akadeemik Pjotr ​​Anohhin said sellest esimestena aru juba 1930.–1940. aastatel. Hilisemad uuringud, mille viisid läbi 1960. aastatel akadeemiline füsioloog Viktor Gurfinkel ja matemaatik Israel Gelfand koos nende õpilastega, said klassikaks. Saadud tulemused olid seejärel aluseks kõnniroboti loomisele, uutele meetoditele seljaaju vigastustega patsientide taastusraviks. Klassikaks kujunes ka NSVL Teaduste Akadeemia Infoedastusprobleemide Instituudi töötajate Grigori Orlovski, Fedor Severini ja Mark Šiki 1967. aastal ilmunud töö, milles esmakordselt kirjeldati samm-liigutuste spinaalgeneraatorit.

Viimati bioloogiateaduste doktor Juri Gerasimenko nimelise füsioloogia instituudi liikumisfüsioloogia laborist. Venemaa Teaduste Akadeemia I. P. Pavlovi Instituut näitas koos Ameerika füsioloogidega, et seljaaju elektriline stimulatsioon kombinatsioonis farmakoloogilise toimega põhjustas rottidel hästi koordineeritud sammuliigutused, s.t. kõndimine, täieliku kehakaalu toega (need tulemused on avaldatud ajakirjas Neurobiological teadusajakiri"Looduse neuroteadus" 2009.

Loomkatsete edu annab tuhandetele halvatud selgroohaigetele lootust vähemalt osaliseks taastumiseks.

Liikumise füsioloogia on jätkuvalt meie aktiivse uurimistöö objekt.

Motoorse süsteemi füsioloogia on gravitatsioonifüsioloogia kõige olulisem komponent, millesse on meie teadlased andnud erakordselt suure panuse. Kaaluta tingimustes tehtud uuringud võimaldasid välja selgitada ajusüsteemide, eelkõige sensoorsete süsteemide rolli normaalse motoorse käitumise tagamisel. Venemaa Teaduste Akadeemia biomeditsiiniprobleemide instituudi juures tegutseb aktiivselt selles suunas tegutsev Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliikme Inesa Kozlovskaja labor.

Liikumisfüsioloogiliste mehhanismide mõistmine on neuroloogia aluseks ning selles olulises meditsiinilises ja füsioloogilises valdkonnas on Venemaa Teaduste Akadeemia Kõrgema Närvitegevuse ja Neurofüsioloogia Instituudi dr Marat Ioffe labor juba pikka aega edukalt töötanud. aega.

VAIMSETE FUNKTSIOONIDE FÜSIOLOOGILISED ALUSED

See suund on üks põnevamaid, kiiresti arenevaid ja võib öelda, et revolutsioonilisemaid. Viimastel aastatel on selles valdkonnas tehtud märkimisväärseid edusamme ja, mis võib-olla veelgi olulisem, on püstitatud uusi küsimusi, millele tuleb veel vastata. Ivan Sechenovi ja Ivan Pavlovi visatud sild füsioloogiast psühholoogiasse on muutumas kaasaegse neuroteaduse üldiseks teeks. Mis on siin füsioloogiliste mehhanismide seisukohalt peamine? Asjaolu, et neisse on kaasatud nii sünapsid kui geenid, nii rakkudevahelised interaktsioonid kui ka rakusisesed "masinad". Sellega seoses on võimatu mitte meenutada suurt hispaania histoloogi Ramón y Cajal. Aastal 1894 väljendas ta ideed, et õppimine põhineb sünapsi efektiivsuse suurendamisel (nüüd on see kindlaks tehtud õhukeste kaasaegsed meetodid). Veelgi enam, korduv aktiveerimine suurendab tõhusust.

Erakordse tähtsusega on õppimise ja mälu mehhanismide elektrofüsioloogiline uurimine. Meie riigis areneb see edukalt näiteks Venemaa Teaduste Akadeemia ja Venemaa Meditsiiniteaduste Akadeemia korrespondentliikme Vladimir Skrebitski laboris (Venemaa Meditsiiniteaduste Akadeemia Neuroloogia Teaduskeskus): ravimeid valmistatakse. siin välja töötatud, mis parandavad mälu, halvenevad ajuhaiguste või vananemisest tingitud nõrgenemise korral.

Alates 1970. aastatest on mälu rakuliste ja molekulaarsete mehhanismide uurimisel tehtud edusamme suuresti seostatud selgrootute lihtsate närvisüsteemide uurimisega. Esiteks on need mugav objekt mitmesugusteks katseteks ja teiseks on nad evolutsiooni ja võrdleva füsioloogia seisukohast äärmiselt huvitavad. Üks esimesi, kes uuris 1960.–1970. aastatel sünaptilist ülekannet ja neurotransmitterite mitmekesisust molluskites, oli bioloogiateaduste doktor Dmitri Sahharov nimelises arengubioloogia instituudis. N. K. Koltsova RAS. Selgrootute õppimise, mälu ja käitumise mehhanisme uurivate juhtivate teadusrühmade hulgas on Venemaa Teaduste Akadeemia Kõrgema Närvitegevuse ja Neurofüsioloogia Instituudi bioloogiadoktor Pavel Balabani labor. Kasutades kaasaegseid elektrofüsioloogilisi ja optilisi meetodeid kohleaarsete neuronite aktiivsuse registreerimiseks, õnnestus tal koos kolleegidega kirjeldada närvivõrkude korraldust lihtsate sõnadega. närvisüsteemid. Aju tulevase infoteooria koostamiseks on sedalaadi eksperimentaalsete andmete kogumine erakordse väärtusega.

Nii sünapsid kui ka rakusisesed "masinad" osalevad õppimise ja mälu mehhanismides. Lühiajaline mälu (minutid - kümned minutid) sõltub sünaptiliste struktuuride valgumolekulide konformatsioonilistest muutustest, samas kui pikaajaline mälu (päevad ja aastad) on tingitud geeniekspressioonist, uute valkude, RNA molekulide sünteesist ja uute sünapside tekkimine. Küsimus on selles, millised geenid aktiveeruvad õppimise käigus ja mida nad närvirakkudes täpsemalt teevad? Selles suunas töötab normaalse füsioloogia instituudis edukalt ka Venemaa Teaduste Akadeemia ja Venemaa Meditsiiniteaduste Akadeemia korrespondentliikme Konstantin Anokhini labor. P. K. Anokhin RAMS (Moskva).

Lokaliseerimise mõistmisel on tehtud märkimisväärseid edusamme mitmesugused mälu uute ajukuvamistehnikate abil. Esiteks räägime funktsionaalsest magnetresonantstomograafiast, kuigi meie riigis kasutatakse seda endiselt peamiselt kliinikus. Mis puutub positronemissioontomograafiasse, siis seda kasutavad edukalt alusuuringuteks Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige Svjatoslav Medvedev ja tema Inimese Aju Instituudi töötajad. N. P. Bekhtereva RAS (Peterburi).

Neid meetodeid kasutades näidati, et mälu ei ole hajusalt jaotunud kogu ajus, nagu varem arvati, vaid on lokaliseeritud selle teatud osades. See on põhimõtteliselt oluline järeldus füsioloogia (neuro- ja psühhofüsioloogia) ja meditsiini (neuroloogia, neurokirurgia, psühhiaatria) jaoks.

Nüüd teadvusest – probleem, mis on vähemalt kolme teaduse – füsioloogia, psühholoogia ja filosoofia – ristumiskohas. Mis on siin peamine? Kõige olulisema positsiooni teadvustamine, mille kohaselt TEADVUS on protsess, tegevus, mitte "miski", mis passiivselt ajus peitub. Keegi ei saa praegu anda teadvuse lühidalt ja selget määratlust. Selle mehhanismide kohta on püstitatud mitmeid hüpoteese. Ühe neist pakkus 1980.–1990. aastatel välja Venemaa Teaduste Akadeemia (Venemaa Teaduste Akadeemia Kõrgema Närvitegevuse ja Neurofüsioloogia Instituut) korrespondentliige Aleksei Ivanitski. Selle olemus seisneb selles oluline element teadvus – subjektiivne kujutlus välismaailmast – tekib aju projektsioonkoores väljast tuleva sensoorse info sünteesi tulemusena koos mälus sisalduva informatsiooniga. Uue, sissetuleva ja salvestatud teabe voo võrdlemine on "teadvuse voolu" võtmehetk. Süntees toimub närviimpulsside ringikujulise liikumise tulemusena. Sarnaseid ideid arendasid mõnevõrra hiljem välja ka teised teadlased, sealhulgas 1972. aasta Nobeli preemia laureaat Gerald Edelman (USA).

Seda osa lõpetuseks tuleb rõhutada, et "teadvuse ja aju" probleem nõuab loodusteaduste ja humanitaarteadmiste ühendamist.

NEUROINFORMATIKA

Selgub, et arenenud riikide teaduspoliitika XXI sajandi esimesel poolel. keskendub aju ja selle kõrgemate funktsioonide uurimisele. Kõige olulisem roll nende probleemide lahendamisel kuulub neuroinformaatikale. Matemaatika ja arvutused neuroinformaatikas on mõeldamatud neuroteadusest eraldi.

Ajus info edastamise, töötlemise ja analüüsi materiaalseks substraadiks on elektrilised närviimpulssid sünapsides – neuronist neuronini. Seega, kui räägitakse infotöötlusest "närvivõrkudes", siis räägitakse impulsside koodide mõistmisest, teabe kandmine, ja nende "võrkude" enda ülesehituse kohta, st. sidesüsteemid neuronite vahel. Lisaks on vaja mõista üksikute neuronite "molekulaarset masinavärki". See on vajalik, kuna paljud raku sees toimuvad füüsikalis-keemilised protsessid mitte ainult ei taga selle elutähtsat aktiivsust, vaid täidavad ilmselt samaaegselt ka arvutustoiminguid.

Vaatamata tohutule töömahule neuroinformaatika vallas, tuleb tõdeda, et rahuldavat matemaatilist keelt mitteformaliseeritavate elussüsteemide – elusraku või “närvivõrgustike” – kirjeldamiseks pole veel loodud. See on kaasaegse ajuteaduse üks "kuumaid kohti". Arvutuslikud neuroteadused üle maailma on väga aktiivsed. Meil on selles suunas edukalt töötavad rühmad ja laborid Moskvas, Doni-äärses Rostovis, Peterburis, Nižni Novgorod. Kuid erinevalt USA-st, paljudest Euroopa ja Aasia riikidest, on neid kahjuks äärmiselt vähe.

Mis puudutab praktilisi rakendusi, eriti meditsiinilisi, siis need on saadaval ja üsna muljetavaldavad. Üks neist on aju otsese ühendamise tehnoloogia välise tehnilise seadmega. Nüüd on loodud süsteemid, mis suudavad edastada infot ühes suunas – ajust arvutisse. Näiteks registreerides ajukoore teatud piirkondadest esilekutsutud potentsiaalid ja edastades need välisele seadmele, saab kõne- ja liikumisvõimetu patsient edastada meditsiinipersonalile vajalikku teavet distantsilt. Lähitulevikus on standardseks tööprotseduuriks ajju kontrollitava elektroonilise süsteemi implanteerimine ratastool, käe või jala protees.

Kõigil neil juhtudel räägime teatud ajupiirkondade poolt genereeritud usaldusväärselt tuvastatavate elektriliste signaalide (potentsiaalide) registreerimisest ja edastamisest. Tööd selles rakendusvaldkonnas teevad mitu meeskonda. Näiteks Venemaa Teaduste Akadeemia Kõrgema Närvitegevuse ja Neurofüsioloogia Instituudi bioloogiadoktor Aleksandr Frolovi laboris on välja pakutud originaalsed meetodid liikumishaiguste varaseks diagnoosimiseks.

Teine meditsiiniline rakendus on neuroproteesimine. Miljonid patsiendid on juba paigaldanud kuulmiskiibid, mis tajuvad heli ja edastavad teavet otse aju vastavate keskuste neuronitesse. Selle tulemusena kuulevad ja mõistavad kurdid kõnet. Tulevikus on võimalik visuaalsete ja haistmisvõimeliste elektrooniliste proteeside ilmumine. Väljastpoolt tulevat infot püütakse peale meeleelundite edastada otse ajju.

Teine kiiresti arenev neuroinformaatika praktilise rakenduse valdkond on robootika. 1970.–1990. aastatel tehti just selles valdkonnas riikliku kuuprogrammi raames teedrajavat tööd. Me räägime roboti loomisest, mis suudab liikuda ebatasasel maastikul. Alguses tundus ülesanne peaaegu võimatu. Seda oli võimalik lahendada loomade motoorse aktiivsuse organiseerimise mehhanismide mõistmisega. Füsioloogide meeskond eesotsas akadeemik Viktor Gurfinkeliga (NSVL Teaduste Akadeemia Infoedastusprobleemide Instituut) ja mehaanikutest akadeemik Dmitri Ohotsimski ning füüsika- ja matemaatikateaduste doktori Jevgeni Devjanini juhtimisel (NSVL TA Rakendusmatemaatika Instituut M. V. Lomonossovi nimeline Moskva Riikliku Ülikooli Mehaanika Instituut lõi kuulsa "kuuejalgse" - mehaanilise "putuka". Temast sai prototüüp paljudele kaasaegsetele keerukatele antropomorfsetele robotitele, mis on võimelised näiteks lauatennist mängima (Jaapan). Sellesuunaline töö (liikumise juhtimine) jätkub infoedastusprobleemide instituudi bioloogiadoktor Juri Leviku laboris. A. A. Kharkevitš RAS.

Mis puudutab loomist tehisintellekt ja uue põlvkonna arvutid, siis on selles kiiresti arenevas piirkonnas tööl erineva profiiliga spetsialistid. Muidugi on tänapäeva superarvutid inimaju võimetest paljuski üle. Kuid erinevalt Homo sapiensist pole isegi kõige täiuslikumatel neist intelligentsust. Mitmete informaatika valdkonna teadlaste hinnangul on see probleem aga tehniline ja lahendatakse suhteliselt lähitulevikus.

Inimkonda ootab ees imeline või kohutav tulevik? Kiired edusammud neuroteaduste vallas toovad kaasa selle olulise eetilise probleemi. Hämmastavad võimalused, mis avanevad inimese isiksuse ja ühiskonna sotsiaalse elu mõjutamiseks, antropomorfsete "kognitiivsete arvutite" loomise väljavaade ja palju muud paratamatult tõstatavad selle "neetud" küsimuse. Vastus sellele, nagu ajaloos korduvalt juhtunud, ei sõltu mitte ainult ja mitte niivõrd teadlastest, vaid ühiskonnast endast.

Akadeemik Mihhail OSTROVSKII, Füsioloogia Seltsi president. I. P. Pavlova, Biokeemilise Füüsika Instituudi labori juhataja. N. M. Emanuel RAS