Наука про мозок нейробіологія. Таємниця Бога та наука про мозок

Екологія свідомості: Життя. Достеменно доведено, що наш мозок - дико пластична штука, і індивідуальне навчання серйозно на нього впливає - значно більшою мірою, ніж вроджені схильності.

Якщо порівнювати з дитинчатами інших тварин, можна сказати, що людина народжується з недорозвиненим мозком:його маса у новонародженого становить лише 30% маси мозку дорослого. Еволюційні біологи припускають, що ми повинні народжуватися недоношеними, щоб наш мозок розвивався, взаємодіючи з зовнішнім середовищем. Науковий журналіст Ася Казанцева у лекції «Навіщо мозку вчитися?» у рамках програми «Арт-освіта 17/18» розповіла

Про процес навчання з погляду нейробіології

і пояснила, як мозок змінюється під впливом досвіду, а також чим під час навчання корисні сон і лінощі.

Хто вивчає феномен навчання

Питанням, навіщо мозку вчитися, займаються як мінімум дві важливі науки – нейробіологія та експериментальна психологія. Нейробіологія, що вивчає нервову систему і те, що відбувається в мозку на рівні нейронів у момент навчання, працює найчастіше не з людьми, а з щурами, равликами та черв'ячками. Фахівці з експериментальної психології намагаються зрозуміти, які речі впливають на навчання людини: наприклад, дають йому важливе завдання, що перевіряє його пам'ять або навчальність, і дивляться, як він з ним справляється. Ці науки інтенсивно розвивалися в Останніми роками.

Якщо дивитися навчання з погляду експериментальної психології, то корисно згадати, що це наука - спадкоємиця біхевіоризму, а біхевіористи вважали, що мозок - чорний ящик, та його принципово не цікавило, що у ньому відбувається. Вони сприймали мозок як систему, яку можна впливати стимулами, після чого в ній трапляється якась магія, і вона певним чином на ці стимули реагує. Біхевіористів цікавило, як може виглядати ця реакція і що на неї здатне впливати. Вони вважали, щонавчання - це зміна поведінки внаслідок освоєння нової інформації

Це визначення досі широко застосовується у когнітивних науках. Скажімо, якщо студенту дали почитати Канта і він запам'ятав, що є «зоряне небо над головою та моральний закон у мені», озвучив це на іспиті і йому поставили п'ятірку, отже, відбулося навчання.

З іншого боку, таке ж визначення можна застосувати і до поведінки морського зайця (аплізії). Нейробіологи часто ставлять досліди з цим молюском. Якщо бити аплізію струмом у хвостик, вона починає боятися навколишньої реальності та втягувати зябра у відповідь на слабкі стимули, яких вона раніше не боялася. Таким чином, у неї також відбувається зміна поведінки, навчання. Це визначення можна застосовувати і до більш простих біологічних систем. Уявімо систему з двох нейронів, з'єднаних одним контактом. Якщо ми подамо на неї два слабкі імпульси струму, то в ній тимчасово зміниться провідність і одному нейрону буде легше подавати сигнали іншому. Це теж навчання лише на рівні цієї маленької біологічної системи. Таким чином, від навчання, яке ми спостерігаємо у зовнішній реальності, можна побудувати місток до того, що відбувається у мозку. У ньому є нейрони, зміни в яких впливають на нашу реакцію на середовище, тобто на навчання.

Як працює мозок

Але щоб говорити про мозок, потрібно мати базове уявлення про його роботу. Зрештою, у кожного з нас у голові є ці півтора кілограми нервової тканини. Мозок складається з 86 мільярдів нервових клітин або нейронів.Типовий нейрон має тіло клітини з безліччю відростків. Частина відростків – дендрити, які збирають інформацію та передають її на нейрон. А один довгий відросток, аксон, передає її наступним клітинам. Під передачею інформації в рамках однієї нервової клітини мається на увазі електричний імпульс, який йде відростком, як по дроту. Один нейрон взаємодіє з іншим через місце контакту, яке називається синапс, сигнал йде за допомогою хімічних речовин. Електричний імпульс призводить до вивільнення молекул – нейромедіаторів: серотоніну, дофаміну, ендорфінів. Вони просочуються через синаптичну щілину, впливають на рецептори наступного нейрона, і він змінює свій функціональний стан - наприклад, у нього на мембрані відкриваються канали, через які починають проходити іони натрію, хлору, кальцію, калію і т.д. що у ньому, своєю чергою, теж формується різницю потенціалів, і електричний сигнал йде далі, наступну клітину.

Але коли клітина передає сигнал іншій клітині, цього найчастіше недостатньо для якихось помітних змін у поведінці, адже один сигнал може вийти і випадково через якісь обурення у системі. Для обміну інформацією клітини передають одна одній багато сигналів. Головний кодуючий параметр у мозку - це частота імпульсів: коли одна клітина хоче щось передати іншій клітині, вона починає посилати сотні сигналів на секунду. До речі, ранні дослідні механізми 1960-70-х років формували звуковий сигнал. У мозок експериментальній тварині вживляли електрод, і за швидкістю тріску кулемета, який чувся в лабораторії, можна було зрозуміти, наскільки активним є нейрон.

Система кодування з допомогою частоти імпульсів дбає про різних рівнях передачі - навіть у рівні простих зорових сигналів. У нас на сітківці є колбочки, які реагують на різні довжини хвиль: короткі (у шкільному підручнику вони називаються сині), середні (зелені) та довгі (червоні). Коли сітківку надходить хвиля світла певної довжини, різні колбочки збуджуються різною мірою. І якщо хвиля довга, то червона колбочка починає інтенсивно подавати сигнал у мозок, щоб ви зрозуміли, що колір червоний. Втім, тут все не так просто: у колб перекривається спектр чутливості, і зелена теж вдає, що вона щось таке побачила. Далі мозок самостійно це аналізує.

Як мозок приймає рішення

Принципи, аналогічні тим, що використовуються в сучасних механічних дослідженнях і дослідах на тваринах з імплантованими електродами, можна застосовувати і до набагато складніших поведінкових актів. Наприклад, у мозку є так званий центр задоволення - ядро. Чим активніша ця область, тим сильніше випробуваному подобається те, що він бачить, і вища ймовірність, що він захоче це купити або, наприклад, з'їсти. Експерименти з томографом показують, що за певною активністю прилеглого ядра можна ще до того, як людина озвучить своє рішення, припустимо, щодо купівлі кофточки, сказати, буде вона її купувати чи ні. Як каже прекрасний нейробіолог Василь Ключарьов, ми робимо все, щоб сподобатися нашим нейронам у прилеглому ядрі.

Складність у тому, що у нас в мозку немає єдності суджень, кожен відділ може мати свою думку про те, що відбувається. Історія, схожа на суперечку колб у сітківці, повторюється і з більш складними речами. Припустимо, ви побачили кофтинку, вона вам сподобалася, і ваше ядро ​​видає сигнали. З іншого боку, ця кофточка коштує 9 тисяч рублів, а зарплата ще за тиждень - і тоді ваша амігдала, або мигдалеподібне тіло (центр, пов'язаний насамперед із негативними емоціями), починає видавати свої електричні імпульси: «Слухай, залишається мало грошей. Якщо ми зараз купимо цю кофтинку, ми матимемо проблеми». Лобова кора приймає рішення в залежності від того, хто голосніше репетує - прилежне ядро ​​або амігдала. І тут ще важливо, що згодом ми здатні проаналізувати наслідки, до яких це рішення призвело. Справа в тому, що лобова кора спілкується і з амігдалою, і з ядром, що прилягає, і з відділами мозку, пов'язаними з пам'яттю: вони їй розповідають, що сталося після того, як минулого разу ми приймали таке рішення. Залежно від цього лобова кора може уважніше поставитися до того, що кажуть їй амігдала і ядро. Так мозок здатний змінюватись під впливом досвіду.

Чому ми народжуємося з маленьким мозком

Усі людські діти народжуються недорозвиненими, буквально недоношеними порівняно з дитинчатами будь-якого іншого виду. У жодної тварини немає настільки довгого дитинства, як у людини, і у них не буває потомства, яке народжувалося б з настільки маленьким мозком щодо маси мозку дорослого: у людського новонародженого вона становить лише 30%.

Всі дослідники сходяться на думці, що ми змушені народжувати людину незрілою через значний розмір її мозку. Класичне пояснення - це акушерська дилема, тобто історія конфлікту між прямоходінням та великою головою. Щоб народити дитинча з такою головою та великим мозком, потрібно мати широкі стегна, але неможливо їх нескінченно розширювати, бо це заважатиме ходити. За підрахунками антрополога Холлі Дансуорт, щоб народжувати більш зрілих дітей, достатньо було б збільшити ширину родового каналу лише на три сантиметри, але еволюція все одно в якийсь момент зупинила розширення стегон. Еволюційні біологи припустили: мабуть, ми й повинні народжуватися недоношеними, щоб наш мозок розвивався у взаємодії із зовнішнім середовищем, адже в матці загалом досить мало стимулів.

Є знамените дослідження Блекмора та Купера. Вони в 70-ті роки проводили досліди з кошенятами: більшу частину часу тримали їх у темряві і на п'ять годин на день садили у освітлений циліндр, де вони отримували не зовсім звичайну картину світу. Одна група кошенят протягом кількох місяців бачила лише горизонтальні смуги, а інша – лише вертикальні. У результаті кошенят виникли великі проблеми зі сприйняттям реальності. Одні врізалися в ніжки стільців, тому що не бачили вертикальних ліній, інші так само ігнорували горизонтальні - наприклад, не розуміли, що у столу є край. З ними проводили тести, грали за допомогою палички. Якщо кошеня росло серед горизонтальних ліній, то горизонтальну паличку він бачить і ловить, а вертикальну просто не помічає. Потім вживляли електроди в кору мозку кошенят і дивилися, яким має бути нахил палички, щоб нейрони почали видавати сигнали. Важливо, що з дорослим котом під час такого експерименту нічого не сталося б, а от світ маленького кошеня, чий мозок тільки вчиться сприймати інформацію, внаслідок такого досвіду може бути назавжди спотворений. Нейрони, які ніколи не зазнавали впливу, перестають функціонувати.

Ми звикли вважати, що чим більше зв'язків між різними нейронами, відділами людського мозку, тим краще. Це так, але з певними застереженнями. Потрібно не просто, щоб зв'язків було багато, а щоб вони мали якесь відношення до реального життя.У півторарічної дитини синапсів, тобто контактів між нейронами в мозку, набагато більше, ніж у професора Гарварда чи Оксфорда. Проблема у цьому, що це нейрони пов'язані хаотично. У ранньому віці мозок швидко дозріває і його клітини формують десятки тисяч синапсів між усім і всім. Кожен нейрон розкидає відростки на всі боки, і вони чіпляються за все, до чого змогли дотягнутися. Але далі починає працювати принцип «Використовуй, чи втратиш». Мозок живе в навколишньому середовищіі намагається справлятися з різними завданнями: дитину вчать координувати рухи, хапати брязкальце і т. д. Коли йому показують, як є ложкою, у нього в корі залишаються зв'язки, корисні, щоб їсти ложкою, оскільки саме через них він ганяв нервові імпульси. А зв'язки, які відповідають за те, щоб розкидати кашу по всій кімнаті, стають менш вираженими, бо батьки не заохочують таких дій.

Процеси зростання синапсів досить добре вивчені молекулярному рівні. Еріку Канделу дали Нобелівську премію через те, що він здогадався вивчати пам'ять не так на людях. Людина має 86 мільярдів нейронів, і, поки вчений розібрався б у цих нейронах, їй довелося б перевести сотні піддослідних. А оскільки ніхто не дозволяє розкривати мозок стільким людям заради того, щоб подивитися, як вони навчилися тримати ложку, Кандел придумав працювати з равликами. Аплізія - суперзручна система: з нею можна працювати, вивчивши всього чотири нейрони. Насправді, у цього молюска більше нейронів, але на його прикладі набагато простіше виявити системи, пов'язані з навчанням та пам'яттю. У ході експериментів Кандел зрозумів, що короткочасна пам'ять – це тимчасове посилення провідності вже існуючих синапсів, а довготривала полягає у зростанні нових синаптичних зв'язків.

Це виявилося застосовним і до людини - схоже на те, як ми ходимо травою. Спочатку нам все одно, куди йти на поле, але поступово ми протоптуємо стежку, яка потім перетворюється на ґрунтову дорогу, а потім на асфальтовану вулицю та трисмугове шосе з ліхтарями. Подібним чином нервові імпульси протоптують собі доріжки у мозку.

Як формуються асоціації

Наш мозок так влаштований: він формує зв'язки між подіями, що відбуваються одночасно.Зазвичай під час передачі нервового імпульсу виділяються нейромедіатори, які впливають на рецептор, і електричний імпульс йде наступний нейрон. Але є один рецептор, який працює не так, він називається NMDA. Це один із ключових рецепторів для формування пам'яті на молекулярному рівні. Його особливість у тому, що він працює у тому випадку, якщо сигнал прийшов з обох боків одночасно.

Усі нейрони кудись ведуть.Один може привести у велику нейронну мережу, яка пов'язана із звучанням модної пісеньки у кафе. А інші – в іншу мережу, пов'язану з тим, що ви пішли на побачення. Мозок заточений на те, щоб пов'язувати причину і слідство, він на анатомічному рівні здатний запам'ятати, що між піснею та побаченням є зв'язок. Рецептор активується та пропускає через себе кальцій. Він починає вступати у безліч молекулярних каскадів, які призводять до роботи деяких генів, які до цього не працювали. Ці гени проводять синтез нових білків і виростає ще один синапс. Так зв'язок між нейронною мережею, що відповідає за пісеньку, і мережею, що відповідає за побачення, стає міцнішим. Тепер навіть слабкого сигналу достатньо, щоби пішов нервовий імпульс і у вас сформувалася асоціація.

Як навчання впливає на мозок

Є знаменита історіяпро лондонських таксистів. Не знаю, як зараз, але буквально кілька років тому для того, щоб стати справжнім таксистом у Лондоні, потрібно було скласти іспит з орієнтації в місті без навігатора - тобто знати як мінімум дві з половиною тисячі вулиць, односторонній рух, дорожні знаки, заборони на зупинку, а також вміти побудувати оптимальний маршрут. Тому щоб стати лондонським таксистом, люди кілька місяців ходили на курси. Дослідники набрали три групи людей. Одна група – надійшли на курси, щоб стати таксистами. Друга група – ті, хто теж ходив на курси, але покинув навчання. А люди з третьої групи взагалі не думали ставати таксистами. Всім трьом групам вчені зробили томограму, щоб переглянути щільність сірої речовини в гіпокампі. Це важлива зона мозку, пов'язана з формуванням пам'яті та просторовим мисленням. Виявилося, що якщо людина не хотіла ставати таксистом або хотіла, але не стала, то щільність сірої речовини в її гіпокампі залишалася незмінною. А от якщо він хотів стати таксистом, пройшов тренінг і справді опанував нову професію, то щільність сірої речовини збільшилася на третину – це дуже багато.

І хоча до кінця не ясно, де причина, а де слідство (чи люди дійсно опанували нову навичку, чи то у них спочатку була добре розвинена ця область мозку і тому їм було легко навчитися), абсолютно точно наш мозок - дико пластична штука, та індивідуальне навчання серйозно на нього впливає - значно більшою мірою, ніж уроджені схильності. Важливо, що й у 60 років навчання впливає на мозок. Звичайно, не так ефективно і швидко, як у 20, але в цілому мозок протягом усього життя зберігає деяку здатність до пластичності.

Навіщо мозку лінуватися та спати

Коли мозок чогось навчається, він вирощує нові зв'язки між нейронами.А це процес повільний і дорогий, на нього потрібно витрачати багато калорій, цукру, кисню, енергії. Взагалі, людський мозок, при тому, що його вага становить лише 2% від ваги всього тіла, споживає близько 20% усієї енергії, яку ми отримуємо. Тому за будь-якої можливості він намагається нічого не вчитися, не витрачати енергію. Насправді це дуже мило з його боку, адже якби ми запам'ятовували все, що бачимо щодня, то ми досить швидко збожеволіли б.

У навчанні, з погляду мозку, є два принципово важливих моменту. Перший полягає в тому, що, коли ми освоюємо будь-яку навичку, нам стає легше діяти правильно, ніж неправильно.Наприклад, ви вчитеся водити машину з механічною коробкою передач, і вам спочатку все одно, перемикати передачу з першої на другу або з першої на четверту. Для вашої руки та мозку всі ці рухи рівноймовірні; вам неважливо, в який бік гнати нервові імпульси. А коли ви вже досвідченіший водій, то вам фізично простіше перемикати передачі правильно. Якщо ви потрапите в машину з принципово іншою конструкцією, вам знову доведеться замислюватися і контролювати зусиллям волі, щоб імпульс не пішов второваною доріжкою.

Другий важливий момент:

головне у навчанні - це сон

У нього багато функцій: підтримка здоров'я, імунітету, обміну речовин та різних сторін роботи мозку. Але всі нейробіологи сходяться на тому, що найголовніша функція сну - це робота з інформацією та навчанням.Коли ми освоїли якусь навичку, то хочемо сформувати довготривалу пам'ять. Нові синапси ростуть кілька годин, це довгий процес, і мозку найзручніше це робити саме тоді, коли ви нічим не зайняті. Під час сну мозок обробляє інформацію, отриману протягом дня, і стирає те, що з цього треба забути.

Є експеримент із пацюками, де їх вчили ходити лабіринтом з вживленими в мозок електродами і виявили, що уві сні вони повторювали свій шлях лабіринтом, а наступного дня ходили по ньому краще. Багато тестах на людях показано, що те, що ми вивчили перед сном, згадається краще, ніж вивчене з ранку. Виходить, що студенти, які приймаються за підготовку до іспиту десь ближче до півночі, все роблять правильно. З тієї ж причини важливо думати про проблеми перед сном. Звичайно, заснути буде складніше, але ми завантажимо питання в мозок, і, можливо, вранці прийде якесь рішення. До речі, сновидіння – це, швидше за все, просто побічний ефектобробки інформації

Як навчання залежить від емоцій

Навчання великою мірою залежить від увагитому що воно спрямоване на те, щоб знову і знову проганяти імпульси по конкретних шляхах нейронної мережі. З величезної кількості інформації ми на чомусь фокусуємося, беремо це на робочу пам'ять.Далі те, на чому ми утримуємо увагу, потрапляє вже на згадку довготривалу. Ви могли зрозуміти всю мою лекцію, але це не означає, що вам легко її переказати. А якщо ви прямо зараз на аркуші паперу намалюєте велосипед, то це не означає, що він добре їздитиме. Люди схильні забувати важливі деталі, особливо якщо вони не спеціалісти з велосипедів.

Діти завжди мали проблеми з увагою. Але зараз у цьому сенсі все стає простіше. У сучасному суспільствівже не такі необхідні конкретні фактичні знання - просто їх стало неймовірно багато. Набагато важливішим виявляється здатність швидко орієнтуватися в інформації, відрізняти достовірні джерела від недостовірних. Нам вже майже і не потрібно довго концентруватися на тому самому і запам'ятовувати великі обсяги інформації - важливіше швидко перемикатися.Крім того, зараз з'являється все більше професій саме для людей, яким складніше концентруватися.

Є ще один важливий фактор, що впливає на навчання – емоції. Насправді це взагалі головне, що в нас було багато мільйонів років еволюції, ще до того, як ми наростили всю цю величезну лобову кору. Цінність оволодіння тим чи іншим навичкою ми оцінюємо з погляду того, тішить він нас чи ні. Тому чудово, якщо вдається наші базові біологічні емоційні механізми залучати до навчання. Наприклад, вибудовувати таку систему мотивації, в якій лобова кора не думає про те, що ми повинні вивчити щось за допомогою посидючості та цілеспрямованості, а в якій прилежне ядро ​​каже, що йому просто страшенно подобається це заняття.

Нашим сім'ям

* * *

«Це справді блискуче… Одна з найприголомшливіших книг, що я читала, займаючись нейропсихіатрією та питаннями інтуїції».

Мона Ліза Шульц, доктор медицини, доктор філософії, автор книги «Пробудження інтуїції»

«Ця праця вкрай важлива для подальшого розвитку відносин між наукою та релігією. Як вчені, що досліджували нейробіологічні основи релігійного досвіду, дали його богословський аналіз та оцінку, автори цієї книги – єдині у своєму роді. Книга переконливо показує нам, що розум неминуче схильний до духовності та релігійних переживань».

Батько Рональд Мерфі, Орден Єзуїтів, професор Університету Джорджтауна

«Ця важлива книга знайомить звичайного читача, дослідника та клініциста з новими відкриттями в галузі нейробіології, що стосуються впливу духовних переживань на мозок, здоров'я та хвороби. Чудовий підручник».

Девід Ларсон, доктор медицини, магістр охорони здоров'я, президент Національного інституту досліджень у галузі охорони здоров'я

«Дивовижна робота відділу медичних досліджень Пенсільванського університету в народжується на наших очах нової областінейротеології».

Видання Національної асоціації з регулювання фармацевтичної справи (Канада) NAPRA ReView

«Ця книга змусить вас серйозно задуматися про релігію... оскільки вона дає спільні основи для роздумів та дискусій про духовне життя Ньюберг, д'Аквілі та Рауз зробили велику справу, написавши цю сміливу книгу. Її слід би читати у релігійних колах, а й у групах, які обговорюють прочитані книжки, і школах».

Газета The Providence Journal

"Легко написана і легко читається ... заворожлива книга про взаємини нашого розуму і найвищої реальності"

Журнал Catholic Digest

1. Фотографія Бога. Введення у біологію віри

У маленькій темній лабораторії великого університетського шпиталю молодий чоловік на ім'я Роберт запалює свічки, закурює паличку з жасминовим пахощами, а потім сідає на підлогу і легко приймає позу лотоса. Вірний буддист, який практикує медитацію Тибету, він збирається знову вирушити у внутрішню споглядальну подорож. Як завжди, Роберт прагне до того, щоб вщухло безупинне марнослів'я розуму і він міг поринути в більш глибоку і більш ясну внутрішню реальність. Подібні подорожі він здійснював уже тисячу разів, але зараз відбувається щось особливе: поки він входить у внутрішню духовну реальність, так що матеріальний світ навколо нього стає блідою ілюзією, він майже в буквальному значенні залишається пов'язаним із фізичним тут і тепер за допомогою бавовняної мотузки.

Один згорнутий кінець мотузки лежить біля Роберта, інший знаходиться за зачиненими дверима лабораторії в сусідній кімнаті на моєму пальці – я сиджу разом із моїм другом і багаторічним колегою з дослідницької роботи доктором Юджином д'Аквілі.

Ми з Джином чекаємо, коли Роберт через мотузку подасть нам сигнал про те, що його медитативний стан досяг своєї трансцендентної вершини. Саме момент духовного піднесення представляє для нас особливий інтерес. 1
Оскільки судження про той момент, коли медитація досягає вершини, є вкрай суб'єктивним, його дуже важко визначити і ще важче виміряти. Проте такий «піковий» стан вкрай цікавий, оскільки він несе в собі найглибший духовний зміст і найсильніше впливає на людину. Пікове переживання можна виявити за допомогою різних інструментів, які дозволяють одночасно стежити за зміною різних параметрів. Найлегше ідентифікувати подібні моменти, стежачи за такими показниками, як струм крові в мозку, електрична активність мозку та деякі соматичні реакції, зокрема артеріальний тиск та частота серцевих скорочень. Починаючи наші дослідження, ми намагалися орієнтуватися на суб'єктивні відчуття людини, яка оцінює свої переживання. Ось чому занурені в медитацію випробувані тримали поруч із собою мотузку, яка дозволяла їм, не порушуючи процесу медитації, подати нам сигнал у той момент, коли вони досягали найглибшого стану. Оскільки ми вивчали найдосвідченіших практиків медитації, мотузка їм майже чи зовсім не заважала. Щоб детальніше вивчити ці стани, знадобляться й інші дослідження. Поки що досить сказати, що ми можемо досліджувати пікові стани або будувати гіпотези про них на основі вивчення «менш глибоких» станів, незважаючи на те, що нам складно зрозуміти, коли і яким чином виникають ці пікові переживання. Варто назвати імена і двох інших найбільш важливих учасників наших досліджень: це доктор Абас Алаві, голова відділення ядерної медицини в госпіталі Університету Пенсільванії, який надавав мені величезну підтримку, хоча іноді я займався досить дивними речами, і пов'язаний з тим самим Університетом Пенсільванії доктор Майкл Бейм , спеціаліст з внутрішніх хвороб, практикуючий буддизм Тибету.

Метод: як вловити духовну реальність

Протягом багатьох років ми з Джином вивчали взаємозв'язки між релігійним досвідом і роботою мозку, і ми сподівалися, що, досліджуючи діяльність мозку Роберта в найінтенсивніші та наймістичніші моменти його медитації, ми зможемо краще зрозуміти таємничі зв'язки між свідомістю людини та її постійним непереборним прагненням. відносини з чимось більшим, ніж він сам.

Раніше, розмовляючи з нами, Роберт намагався описати нам словами, як його медитація досягає духовної вершини. Спочатку, говорив він, заспокоюється розум, що дає можливість з'явитися більш глибинної та певної частини Я. Роберт вважає, що внутрішнє Я є справжнісінькою частиною його ідентичності, причому ця частина ніколи не змінюється. Для Роберта таке внутрішнє Я не метафора і не просто установка, воно має буквальне значення, воно стійке і реальне. Це те, що залишається, коли свідомість залишає свої турботи, страхи, бажання та інші заняття. Він вважає, що це внутрішнє Я складає саму суть його буття. Якщо Роберта натиснути у розмові, він навіть може назвати власне Я своєю «душею». 2
Тут слово "душа" використовується в самому широкому значенні, інакше воно могло б породити плутанину між східними та західними уявленнями про релігію та духовність. Уявлення буддистів дуже важко пояснити у межах мислення Заходу. Тим не менш, тут ми спробували представити ці уявлення як можна в більш простій формі.

«Виникає почуття вічності та нескінченності…

У цей момент я ніби стаю частиною всіх і всього, долучаюся до існуючого»

Роберт каже, що коли ця глибинна свідомість (яка б не була його природа) виникає в моменти медитації, коли він цілком поглинений спогляданням внутрішнього, то раптово починає розуміти, що його внутрішнє Я не є щось ізольоване, але що воно нерозривно пов'язане з усім творінням . Однак коли він намагається описати цей край особистий досвідсловами, то неминуче звертається до знайомих кліше, якими протягом століть користувалися люди, намагаючись розповісти про незрозумілі духовні переживання. «Виникає почуття вічності та нескінченності, – може сказати він. – У цей момент я ніби стаю частиною всіх і всього, долучаюся до існуючого». 3
Описуючи свої переживання, наші випробувані зазвичай говорять про почуття єдності зі світом, про зникнення Я і сильні емоції, як правило пов'язані зі станом глибокого спокою.

Для традиційного вченого такі слова не мають жодної цінності. Наука займається тим, що можна зважити, порахувати та виміряти – а все те, що не піддається верифікації на основі об'єктивного спостереження, просто не можна назвати науковим. Хоча якби якогось вченого зацікавив досвід Роберта, він як професіонал мав би заявити, що слова практика медитації мають надто особистий і надто спекулятивний характер, тому вони навряд чи вказують на якийсь конкретний феномен у матеріальному світі. 4
У типовому випадку науковий методдозволяє називати "реальними" лише ті речі, які можна виміряти.

Однак після багатьох років дослідницької роботими з Джином прийшли до переконання, що переживання, про які повідомляє Роберт, цілком реальні і їх можна виміряти та верифікувати за допомогою справжньої науки 5
Слово «реальний» тут не обов'язково передбачає існування певної зовнішньої реальності, пов'язаної з таким переживанням, воно говорить про те, що це переживання має щонайменше внутрішній реальності.

Ось що змушує мене сидіти за спиною у Джина у тісному оглядовому кабінеті, тримаючи між пальцями тонку мотузку: я чекаю, коли у Роберта настане момент містичного польоту, бо хочу «сфотографувати» це переживання. 6
Ми розуміємо, що це не просто «фотографія», але саме така суть нашої роботи. Точно сфотографувати момент інтенсивного містичного переживання нелегко, крім того, незважаючи на те, що наші випробувані планують свої вправи з медитації, дуже важко передбачити, як довго триватиме такий стан і наскільки сильним воно буде. Тим не менш, як ми вважаємо, ми можемо вивчати процеси в мозку, які є основою процесу медитації, і створити ясну і дивовижну картину роботи мозку в моменти духовних переживань.

Духовні переживання реальні, і їх можна виміряти та верифікувати за допомогою справжньої науки

Роберт медитує, а ми чекаємо близько години. Потім я відчуваю, що він обережно тягне за мотузку. Це означає, що мені час ввести радіоактивний матеріал у крапельницю, щоб той по довгій трубочці надійшов у вену на лівій руці Роберта. Ми даємо йому ще трохи часу на завершення медитації, а потім одразу доставляємо його в один із кабінетів відділення ядерної медицини, де знаходиться найсучасніший пристрій для однофотонної емісійної комп'ютерної томографії (ОФЕКТ). Роберт моментально виявляється на металевому столі, і навколо його голови за допомогою чіткого руху роботів починають обертатися три гамма-камери.

Камера для ОФЕКТ – це високотехнологічний пристрій для візуалізації, який виявляє радіоактивне випромінювання 7
Існують і деякі інші технології візуалізації, подібні до ОФЕКТ, які можна використовувати для дослідження діяльності мозку. Це позитронно-емісійна томографія (ПЕТ) та функціональна магнітно-резонансна томографія (ФМРТ). Будь-яка з подібних технік має свої переваги і свої недоліки в порівнянні з іншими. Ми вибрали ОФЕКТ із практичних міркувань: ця техніка дозволяла випробуваному займатися медитацією поза сканувальним пристроєм, що було б складніше зробити у разі ПЕТ і зовсім неможливо з ФМРТ.

Камери ОФЕКТ сканують голову Роберта, виявляючи місце накопичення радіоактивного матеріалу, який ми запровадили в той момент, коли він потягнув за мотузку. Цей матеріал поширюється кровоносними судинами і майже моментально надходить до мозкових клітин, де і залишається протягом декількох годин. Таким чином, метод ОФЕКТ дає нам точний стоп-кадр стану кровоносного потоку в мозку Роберта відразу після введення речовини - тобто саме в піковий момент медитації.

Посилення припливу крові до частини мозку вказує на посилення активності даної зони 8
У цілому нині посилення припливу крові пов'язані з посиленням активності з причини, що мозок сам регулює свій кровотік залежно від потреб окремих його ділянок. Хоча це не є абсолютним правилом. У разі інсульту чи травми голови такого зв'язку немає. Крім того, деякі нервові клітини активізують якісь ділянки мозку, а інші клітини пригнічують їхню активність. Таким чином, збільшення припливу крові може говорити про пригнічення активності, що призводить до зниження активності мозку загалом.

Оскільки на сьогоднішній день ми добре розуміємо, які функції виконують окремі зони мозку, ми можемо припускати, що ОФЕКТ представить нам картину роботи мозку Роберта в кульмінаційний момент його медитації.

Дані, які ми отримуємо

Отримані дані справді цікаві. На томограмах бачимо ознаки незвичайної активності малої ділянки сірої речовини на вершині задньої частини мозку (див. рис. 1). Це сплетіння нейронів з вузько-спеціальною функцією називається задньою верхньою тім'яною часткою, але для цієї книги ми придумали іншу назву цієї ділянки: орієнтаційно-асоціативна зона, або ОАЗ. 9
Тут слід зазначити, що у цій книзі ми часто використовуємо терміни, невідомі науці; іноді ми вживаємо власні поняття, які мають допомогти читачеві пізнати механізм роботи мозку. Тим не менш, ми постаралися дати вказівки на наукові терміни для зацікавлених.

Першочергове завдання ОАЗ – орієнтація людини у фізичному просторі. Вона оцінює, що знаходиться вище і що нижче, допомагає нам судити про кути та відстані і дозволяє нам безпечно переміщатися у небезпечному фізичному оточенні 10
У цій книзі ми говоритимемо про функції різних частин мозку. Хоча функції певною мірою прив'язані до певних ділянок мозку, не слід забувати про те, що мозок завжди працює як єдина системаде для роботи кожної окремої частини потрібна злагоджена робота інших частин.

Для виконання такої функції ця зона насамперед повинна мати ясний та стійкий образ фізичних кордонів людини. Сказати простіше, вона повинна чітко відокремлювати тебе від решти, від того, що є не ти, від того, що складає решту всесвіту.

Мал. 1: У верхньому ряду представлено образ випробуваного мозку, коли той відпочиває; можна бачити, що рівень активності поступово поширений у всьому мозку. (Верхня частина образу – це передня частина мозку, асоціативна зона уваги, АЗВ, а нижня частина відповідає орієнтаційно-асоціативній зоні, ОАЗ.) У нижньому ряду – образи мозку випробуваного під час медитації, у своїй активність лівої зони орієнтації (праворуч від вас) помітно менше відповідної правої зони. (Чим темніша зона, тим вища її активність, а чим світліша, тим активніше менше.) Ми представляємо тут чорно-білі образи, оскільки це робить зображення в потрібній мірі контрастним під час друку, хоча на екрані комп'ютера ми бачимо образи у кольорі.

Може здатися дивним, що мозку знадобився спеціальний механізм, щоб відрізняти тебе від решти світу; для нормальної свідомості ця відмінність здається чимось до смішного очевидним. Але це пояснюється саме тим, що ОАЗ виконує свою роботу сумлінно та непомітно. І при поразці цієї зони мозку людині дуже важко переміщатися у просторі. Коли така людина, наприклад, підходить до ліжка, мозок витрачає стільки сил на постійну оцінку кутів, глибини та відстаней, що без його допомоги просто лягти для людини стає неможливим важким завданням. Без допомоги зони орієнтації, яка постійно стежить за мінливим становищем тіла, людина не може знайти своє місце в просторі ні психічно, ні фізично, так що при спробі лягти на ліжко вона може впасти на підлогу або, якщо їй вдалося опинитися на матраці, коли вона побажає лягти комфортніше, він притиснеться до стіни в незручній позі.

Але в нормальних обставинах ОАЗ допомагає створювати чітке відчуття фізичного становища у світі, тож нам про це зовсім не доводиться думати. Щоб добре робити свою справу, зоні орієнтації потрібен постійний приплив нервових імпульсів від сенсорних датчиків з усього тіла. ОАЗ сортує та обробляє ці імпульси з надприродною швидкістю у кожний момент нашого життя. За своєю неймовірною працездатністю та швидкістю вона перевершує найсучасніші комп'ютери.

І тому не дивно, що образи мозку Роберта при дослідженні системою ОФЕКТ, виконаному до медитації у звичайному стані його свідомості (базовий рівень), показують, що багато ділянок мозку, включаючи зону орієнтації, перебувають у стані високої активності. При цьому на екрані ми бачимо спалахи пульсуючих яскраво-червоного або жовтого кольору.

Коли медитація у Роберта досягає своєї вершини, на образах мозку ця зона забарвлюється холодними зеленими та блакитними тонами, що вказує на різке зниження її активності.

Це відкриття зачарувало нас. Ми знаємо, що зона орієнтації ніколи не відпочиває: як нам тоді пояснити таке незвичайне зниження активності цієї невеликої ділянки мозку?

І тут нам спала на думку дивовижна думка: якщо зона орієнтації продовжує працювати зі звичайною інтенсивністю, але щось заблокувало приплив сенсорної інформації до неї 11
Подібного роду блокування припливу інформації спостерігається при деяких процесах – як нормальних, і патологічних. Багато структур мозку позбавляються припливу інформації в силу дії різних систем, що гальмують. Ми поговоримо про подібні процеси докладніше.

Ця гіпотеза дозволила б пояснити зниження мозкової активності у цій зоні. А ще цікавіше інше: це могло б означати, що ОАЗ на якийсь час «сліпне», вона позбавляється тієї інформації, яка їй потрібна для нормальної роботи.

Що ж має статися, запитували ми себе, коли ОАЗ втратить інформацію, необхідну її роботи? Чи продовжуватиме вона стежити за межами тіла? Але якщо до ОАЗ перестане надходити потрібна інформація, вона не зможе визначити ці межі.

Як же в цьому випадку діятиме мозок? Можливо, зона орієнтації, нездатна знайти межі тілесного Я, припустить, що таких кордонів немає? Можливо, в цьому випадку мозок зможе наділити Я нескінченністю і сприймати його як систему зв'язків із усіма і всім, що знаходиться у сфері розуму. І така картина сприймається як остаточна та незаперечна реальність.

Саме так Роберт і покоління містиків Сходу, що жили раніше, описували свої пікові містичні та духовні переживання та найвищі моменти медитації. Ось як про це говорять Упанішад індуїстів:

Як річка, що тече на схід та захід,
Впадає в море і стає єдина з ним,
Начисто забувши про існування окремих річок,
Так і всі творіння втрачають свою відокремленість,
Коли нарешті зливаються.12
Цит. за: Easwaran, 1987.

Роберт входив до числа восьми наших піддослідних, які практикували медитацію Тибету. У кожному випадку це була та сама рутинна процедура, і буквально у всіх піддослідних сканування методом ОФЕКТ дозволяло виявити зниження активності зони орієнтації в той момент, коли їх медитація досягала вершини. 13
Хоча не у всіх обстежуваних спостерігалося специфічне зниження активності у зоні орієнтації, можна було виявити сильну негативну кореляцію між посиленням активності лобової частки (області мозку, що у фокусуванні уваги) і активністю зони орієнтації. З цих даних випливав такий висновок: що краще випробуваний фіксує увагу під час медитації, то сильніше гальмується приплив інформації до зони орієнтації. Але чому у всіх піддослідних знижувалася активність зони орієнтації? Тут можливі два пояснення. По-перше, можливо, випробуваний, у якого активність ОАЗ не знижувалася, займався медитацією не так успішно, як інші, і хоча ми весь час намагалися оцінити процес медитації, - це глибоко суб'єктивний стан, що погано піддається виміру. По-друге, це дослідження дозволяло нам вивчати лише один певний момент медитації. Можливо, що на її ранніх етапах відбувається посилення активності зони орієнтації, коли випробуваний зосереджує увагу візуальному образі. Можливо, ми могли б спостерігати, що активність зони орієнтації підвищується, залишається на базовому рівні або знижується в залежності від стадії медитації, в якій реально знаходиться суб'єкт, хоча він сам вважає, що перебуває на більш глибокій стадії. Ми докладніше обговоримо наслідки цих даних у розділі, присвяченому містичному досвіду.

Пізніше ми розширили рамки експерименту і досліджували так само кількох францисканських черниць на молитві 14
Докладніше про ці експерименти див: Newberg et al. 1997, 2000.

І знову сканування методом ОФЕКТ показало, що у пікові моменти релігійних переживань у сестер можна було спостерігати подібні зміни мозкової активності. Однак, на відміну від буддистів, сестри описували свій досвід по-іншому: вони говорили про ясне почуття близькості Бога та злиття з Ним. 15
Ми будемо звично користуватися чоловічим родом, говорячи про Бога, хоча Його можна уявляти собі й інакше.

Їхні описи були схожі на слова християнських містиків минулого, включаючи такі слова францисканської черниці XIII століття Анджели з Фоліньо: «Яка велика милість Того, Хто здійснює цей союз… Я мала Бога в такій повноті, що вже не жила в моєму стані, але мене повели до світу, в якому я поєдналася з Богом і могла радіти всьому».

У процесі наших досліджень та накопичення даних ми з Джином знайшли, як ми вважаємо, надійне свідчення того, що містичний досвід наших піддослідних – змінений стан свідомості, в якому, за їхніми словами, Я зливається з чимось більшим, – не було просто емоційним курйозом або просто плодом фантазії, але завжди відповідало ряду неврологічних феноменів, що спостерігаються, досить незвичайних, але не виходять за рамки нормального режиму роботи мозку. Іншими словами, містичний досвід реальний з біологічної точки зору, доступний спостереженню і може бути предметом наукового дослідження.

У пікові моменти релігійних переживань можна спостерігати суттєві зміни мозкової активності

Такий результат не був для нас несподіваним. Насправді, всі наші попередні дослідження дозволяли його передбачити. Протягом багатьох років ми переглядали наукові праці, присвячені взаємозв'язкам між релігійними практиками та мозком, намагаючись зрозуміти, яка біологічна основа віри. Ми вивчали велика кількістьсамих різних матеріалів. У деяких дослідженнях розглядалися питання, що цікавлять нас, на рівні простої фізіології – скажімо, мова в них йшла про зміну артеріального тискупід час медитації. Інші стосувалися значно більш піднесеної матерії – наприклад, була спроба виміряти цілющу силу молитви. Ми знайомилися з дослідженнями стану людей, які пережили клінічну смерть, вивчали містичні емоції, викликані епілепсією та шизофренією, збирали дані про галюцинації, спровоковані хімічними речовинами або електростимуляцією ділянок мозку.

Крім вивчення наукової літератури, ми шукали описи містичних переживань у світових релігіях та міфах. Зокрема, Джин вивчав ритуальні практики давніх культур та намагався знайти зв'язок між появою ритуалів та еволюцією людського мозку. Існує ціле море даних, що стосуються такого взаємозв'язку релігійних ритуалів і мозку, але деякі з них були приведені в систему або включені до цілісної картини. Але в міру того як ми з Джином досліджували гори відомостей про релігійний досвід, ритуал і мозок, деякі частини пазла складалися в картинки, що мають глибокий зміст. Поступово ми створили гіпотезу, що духовний досвід – самим своїм корінням – тісно пов'язаний з біологічною сутністю людини. У певному сенсі біологія визначає духовні прагнення.

Духовний досвід самим своїм корінням тісно пов'язаний з біологічною сутністю людини

Сканування методом ОФЕКТ дозволило нам розпочати перевірку нашої гіпотези, досліджуючи активність мозку людей, які займаються духовними практиками. Не можна сказати, що отримані результати абсолютно доводять нашу правоту, але вони підтримують нашу гіпотезу, демонструючи, що в момент духовного переживання мозок поводиться так, як передбачала наша теорія. 16
Ці дослідження були лише нашою першою спробою емпіричним методом вивчити нейрофізіологію духовного досвіду. Проте отримані результати, як і інших досліджень (див.: Herzog et al. 1990-1991, Lou et al. 1999), підтверджували найважливіші становища нашої гіпотези.

Ці обнадійливі результати поглибили наш ентузіазм щодо роботи та посилили інтерес до тих питань, які займали нас протягом багатьох років досліджень. На яких питаннях ми зосередили нашу увагу. Чи корениться потреба людей створювати міфи в їхній біологічній сутності? У чому полягає неврологічна таємниця влади ритуалу? Яка природа видінь і одкровень великих містиків: пов'язані ці феномени з психічними чи емоційними порушеннями чи є результат цілісної системи обробки сенсорних даних за нормальної з неврологічної погляду роботі здорової і стійкої психіки? Чи могли такі еволюційні чинники, як сексуальність та пошук пари, вплинути на біологічний аспект релігійного екстазу?

Намагаючись краще зрозуміти те, що випливає з нашої теорії, ми знову і знову натрапляли на те саме питання, яке, схоже, було головним з усіх інших: чи знайшли ми спільне біологічне коріння для всіх релігійних переживань? І якщо виявили, що ця теорія говорить нам про природу духовного пошуку?

Скептик міг би сказати, що якщо всі духовні прагнення та переживання, включаючи бажання людей вступити в контакт з божественним, мають біологічну природу, це пояснюється маячним станом, порушенням біохімічних процесів у накопиченні нервових клітин.

Однак дані досліджень методом ОФЕКТ вказують на іншу можливість. Зона орієнтації тут працювала в незвичайному режимі, але не можна сказати, що працювала неправильно, і ми вважаємо, що кольорові образи томограми на екрані комп'ютера показували нам, як мозок перетворює духовний досвід на реальність. Після багатьох років вивчення літератури та досліджень ми з Джином продовжуємо думати, що мали справу з реальними неврологічними процесами, які в ході еволюції дали можливість нам, людям, виходити за рамки матеріального існування та вступати у зв'язок із глибшою, духовною частиною нас самих, яка сприймається нами як абсолютна та універсальна реальність, що пов'язує нас із усім існуючим.

У цій книзі ми маємо намір представити контекст для цих дивовижних гіпотез. Ми розглянемо біологічну сторону прагнення людини створювати міфи і покажемо неврологічні механізми, які надають цим міфам форму та забезпечують силу. Ми поговоримо про взаємозв'язок міфу і ритуалу і пояснимо, як ритуальна поведінка впливає на нервові клітини мозку, створюючи такі стани, які пов'язані з рядом трансцендентних переживань, починаючи з легкого відчуття духовної спільності з членами конгрегації і закінчуючи більш глибинним почуттям єдності, яке проявляється при в інтенсивних та тривалих релігійних обрядах. Ми покажемо, що глибокий духовний досвід святих і містиків будь-якої релігії та епохи також можна пов'язати з тією діяльністю мозку, яка наділяє ритуал трансцендентною силою. Ми також покажемо, як прагнення мозку інтерпретувати такі переживання може стати біологічною основою різних конкретних релігійних вірувань.

Мій колега та друг Джин д'Аквілі, на превеликий жаль, помер незадовго до того, як було розпочато роботу над цією книгою, і його тут гостро не вистачає. Саме Джин надихнув мене зайнятися вивченням взаємозв'язку розуму та духу, саме він навчив мене іншими очима дивитися на складну структуру унікального органу, що знаходиться у нашому черепі. Наша спільна робота – наукові дослідження, покладені в основу цієї книги, – знову і знову змушувала мене переглядати мої ключові уявлення про релігію і, по суті, про життя, реальність і навіть відчуття власного Я. Це була подорож до відкриття свого Я, в якому я змінювався, і зробити яку Як я думаю, нас закликає наш мозок. Далі на цих сторінках представлена ​​подорож до самих глибинним таємницяммозку, до самої серцевини нашого Я. Воно починається з найпростішого питання: як мозок визначає те, що реально?

Про здатність асоціативної зони уваги формувати наміри та домагатися їх здійснення говорять і дослідження випадків її ушкодження. Якщо ця зона виходить з ладу, пацієнт втрачає здатність концентрувати увагу, планувати майбутню поведінку та виконувати складні перцепційні завдання, для яких необхідно сфокусуватись або стійко підтримувати увагу. Жертва такого пошкодження, наприклад, часто нездатна закінчити довгу пропозицію чи спланувати свої дії цілий день. Нерідко це також призводить до сплощення почуттів, втрати волі та глибокої байдужості по відношенню до подій навколишнього світу. Ці факти, як і дослідження мозку методами візуалізації, вказують на те, що лобові частки беруть участь у обробці емоцій та контролі над ними, взаємодіючи з лімбічною системою, з якою вони мають численні взаємозв'язки.
Роботу асоціативної зони уваги добре ілюструє наступний експеримент. Коли піддослідним пропонували вважати вголос, це збільшувало мозкову активність насамперед у моторній зоні, що управляє рухами язика, губ та рота. Але якщо випробувані вважали подумки, це призводило до підвищення активності асоціативної зони уваги: ​​мабуть, ця зона допомагає мозку зосередитися завдання, особливо за відсутності рухової активності.
Асоціативна зона уваги, як було показано, грає значної ролі у формуванні різних релігійних і духовних переживань. Деякі дослідження мозку методами візуалізації, включно з нашим, показали, що під час деяких видів медитації активність асоціативної зони уваги підвищується. Ряд інших досліджень із застосуванням електроенцефалографії (ЕЕГ) показав, що при станах із стійкою концентрацією уваги змінюється електрична активність лобової частки мозку і що ці зміни особливо різко виражені при медитації у людей, які практикують дзен.
Хоча є безліч даних про зміну ЕЕГ при інтенсивній концентрації уваги, на жаль, є тільки одне дослідження ЕЕГ у момент виникнення у чогось, що випробовується, близького до пікового переживання. Оскільки пікові переживання трапляються порівняно рідко, досить важко зафіксувати момент такого переживання на ЕЕГ. У даного випробуваного під час медитації значні зміни ЕЕГ відбувалися, зокрема, в асоціативній зоні уваги та в орієнтаційно-асоціативній зоні.
Як ми вважаємо, асоціативна зона уваги активізується під час заняття духовними практиками, такими як медитація, тому що вона бере участь у формуванні емоційних реакцій, а релігійні переживання зазвичай супроводжуються сильними емоціями. Тому ми маємо право припустити, що асоціативна зона уваги активно взаємодіє з іншими структурами мозку, які відповідають за емоції, під час медитативних та релігійних станів.

Створення каталогу світу: вербально-концептуальна асоціативна зона

Вербально-концептуальна асоціативна зона, розташована в місці перетину скроневої, тім'яної та потиличної часток, насамперед відповідає за формування абстрактних концепцій та за їх вербальне вираження. Більшість когнітивних операцій з використанням мови та її розумінням – порівняння концепцій, дослідження протилежностей, найменування об'єктів та їх категорій, а також граматична та логічна функції вищого ладу – виконує саме вербально-концептуальна асоціативна зона. Ці операції вкрай необхідні розвитку свідомості й висловлювання вмісту свідомості з допомогою слів.

У формуванні релігійних переживань найважливішу роль виконує скронева частка

Вербально-концептуальна асоціативна зона вкрай важлива для роботи нашої психіки, і тому не слід дивуватися з того, що вона виконує найважливішу роль у формуванні релігійних переживань, оскільки майже у всіх релігійних переживань є когнітивний, або концептуальний, компонент – тобто та їх частина, яку ми можемо усвідомлювати. Дослідження, проведене В.С.Рамачандраном у Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, показали, що пацієнти з скроневою епілепсією сильніше реагують на релігійну мову, особливо на релігійні терміни та образи. З цих даних можна припустити, що скронева частка грає значної ролі у формуванні релігійних переживань . Крім того, тут знаходяться центри інших важливих функцій мозку, наприклад, як причинно-наслідкове мислення, які пов'язані з нашою здатністю створювати міфи і з тим, як міфи виражаються через ритуали.

* * *

Чотири описані нами асоціативні зони є найбільш складними неврологічними структурами мозку. Завдяки досконалій обробці або інформації, що надходить по різних каналах, ми можемо створювати живу цілісну картину реальності, яка плавно і зрозумілим чином змінюється кожну секунду. Чим повніше таке сприйняття, тим вищі наші шанси виживання, а результаті вся нейробіологічна діяльність мозку підпорядкована саме завдання виживання.

Як мозок створює свій розум

У процесі еволюції людського мозку сталося щось дивовижне: мозок з його великим умінням сприймати реальність почав відчувати і своє власне існування, так що людина знайшла можливість розмірковувати, ніби розглядаючи те, що відбувається з боку, про картину реальності, яку створює його власний мозок. Так у голові людини виникло щось на кшталт внутрішнього особистого самосвідомості – незалежне Я, що займається спостереженням.
Я з усіма його емоціями, відчуттями та думками ми зазвичай називаємо розумом.
Неврологія неспроможна переконливо пояснити, як і відбувається – як біологічні функції породжують нематеріальний розум; як апарат мозку, його «тіло і кров», можуть раптово перетворитися на самосвідомість. Насправді наука і філософія б'ються над цим питанням вже не одне століття, але поки не знайшли на нього чіткої відповіді чи навіть натяку на його здобуття у найближчому майбутньому.

Мозок створює розум. Наука здатна показати, що розум не існує без неврологічної діяльності головного мозку

До цього моменту ми використовували терміни «мозок» та «розум» досить вільно. Зараз нам допоможе пара простих і однозначних визначень, що ґрунтуються на дедалі глибшому розумінні важливих психічних процесів. Ці визначення, зокрема, вказують на гармонійну співпрацю структур мозку, спрямоване на перетворення сирих сенсорних даних на цілісну картину світу, що знаходиться поза межами черепа. Отже, мозокє набір матеріальних структур, які збирають та обробляють сенсорну, когнітивну та емоційну інформацію; розум– це феномени мислення, пам'яті та емоцій, породжені перцепційними процесами у мозку.
Простіше кажучи, мозок створює розум. Наука здатна показати, що не існує без неврологічної діяльності мозку. Якби мозок не був би здатний досконало обробляти різні типищо надходять до нього даних, думок і почуттів, з яких складається розум, розуму просто не було б. Разом з тим невпинне прагнення мозку будувати якнайживішу і складнішу перцептивну картину неминуче породжує думки та емоції, з яких формується розум.
Отже, з погляду нейробіології розум неспроможна існувати без мозку, а мозок неспроможна зупинити у собі прагнення створювати розум. Між розумом і мозком існує настільки тісний зв'язок, що розумніше було б розглядати ці два поняття як два різні аспекти однієї й тієї ж реальності.
Варто згадати, наприклад, про те, що для появи однієї думки у людини потрібна найскладніша спільна робота сотень тисяч нейронів. Якби ми захотіли відокремити розум від мозку, нам довелося б подумки відокремити кожен нейрон від його функції – це було б рівноцінно спробі відокремити солону воду океану від енергії, яка змушує рухатися хвилі і надає їм особливої ​​форми. Для існування хвилі потрібні обидва елементи: без енергії поверхня води залишалася б рівною, без води ця енергія не знайшла б виразу. Так само неможливо відокремити нейрони від своїх функцій. Якби ми могли це зробити, думка звільнилася б від своєї нейробіологічної основи і ми могли б розглядати розум як щось окреме від мозку, як свідомість, що ширяє в повітрі, яку можна назвати «душею».
Але відокремити одне одного, навіть у разі однієї-єдиної думки, зовсім неможливо. Коли ви думаєте про багатовимірну та цілісну нейробіологічну активність мозку, ви не можете відокремити нейрони від їх функцій. Розум знову і знову говорить нам, що розуму потрібен мозок, що мозок створює розум і що ці дві освіти по суті одна, але ми користуємося двома термінами лише тому, що дивимося на це єдине ціле з двох точок зору.

Для появи однієї думки у людини потрібна найскладніша спільна робота сотень тисяч нейронів

Незбагненна єдність біологічного мозку та безтілесного розуму – це перший аспект того, що ми називаємо містичним потенціалом розуму. Другий аспект, на який опосередковано вказують наші дослідження методом ОФЕКТ, полягає в тому, що розум сприймає духовні переживання як реальне. Ця властивість, пов'язана зі здатністю розуму входити до змінених станів свідомості та відповідним чином на неврологічному рівні модифікувати свою оцінку реальності, визначає тісний зв'язок між біологією та релігією. Але перш ніж ми почнемо розглядати природу цього зв'язку, поговоримо про емоційні та нейробіологічні компоненти, які роблять мозок основою містичного розуму.

3. Архітектура мозку. Як мозок будує розум

Щоразу, коли сили душі вступають у взаємодію з створеним світом, вони набувають створених образів і подоб від творіння і вбирають їх. Так у душі виникає знання про творіння. Творні речі не можуть стати до душі ближче, ніж так, як було сказано, і душа може наблизитись до творіння лише через цілеспрямоване сприйняття образів. І тільки через такий образ душа наближається до тварного світу, бо образ є те, що душа творить самотужки. Бажає душа знати, скажімо, природу каменю, коня, людини. Тоді вона творить образ.

Майстер Екхарт, Mystiche Schriften, цит. по: Evelyn Underhill, Mysticism

Середньовічний німецький містик Майстер Екхарт жив кілька століть до появи науки нейробиологии. Проте, схоже, він інтуїтивно збагнув один із фундаментальних принципів цієї дисципліни: те, що ми сприймаємо як реальність, насправді є лише образом реальності, створеним мозком.
Наші сучасні уявлення про перцептивну владу мозку підтверджують його правоту. Ніщо не входить до тями як готове ціле. Немає безпосереднього і об'єктивного досвіду реальності.
Все, що сприймає мозок, – всі думки, почуття, інтуїції, спогади, осяяння, бажання та одкровення – було зібрано зі шматочків мозком, що обробляє інформацію, з потоку імпульсів нейронів, сенсорних даних та окремих когнітивних елементів, розсіяних за його структурами та нервовими шляхами .

Ніщо не входить до тями як готове ціле. Немає безпосереднього і об'єктивного досвіду реальності. Все, що сприймає мозок, було зібрано зі шматочків мозком, що обробляє інформацію, з потоку імпульсів нейронів, сенсорних даних та окремих когнітивних елементів

Уявлення про те, що наш досвід реальності – а це, якщо вже на те пішло, всі наші переживання – лише «вторинний» образ того, що могло (чи не могло) бути реальним об'єктивно, ставить перед нами глибокі питання щодо самих основ існування людини та нейробіологічної природи духовного досвіду Так, наші дослідження за участю людей, які займалися медитацією Тибету, і францисканських монахинь показали, що переживання, що здавались їм духовними, були прямо пов'язані з підвищенням активності певних ділянок мозку. Редукціоністи могли б зробити звідси такий висновок: релігійний досвід є плід уяви нервової системи, тож Бог фізично живе «у вашому розумі». Але глибоке розуміння того, як мозок і розум збирають із фрагментів реальність та її переживають, передбачає щось інше.

Якщо Бог існує і якщо Він був вам у якомусь втіленому вигляді, ви не могли б пережити Його присутність якимось іншим способом, крім через образ реальності, створений вашою нервовою системою

Уявімо собі, наприклад, що ваш мозок досліджують методом візуалізації. У процесі дослідження вам пропонують з'їсти великий шматок домашнього пирога. Поки ви насолоджуєтеся його смаком, дослідники отримують картину неврологічної активності в різних центрах обробки інформації, де дані, що надходять від органів чуття, перетворюються на конкретні нейробіологічні картини, пов'язані з досвідом поїдання смачного пирога: нюхові зони реєструють приємний запах яблук і кориці, зорові зони створюють образ чудової рум'яної скоринки, центри дотику дають картину чогось хрумкого і м'якого одночасно, і в той же час зона смаку говорить про те, що ви їсте щось солодке з багатими смаковими відчуттями. ОФЕКТ покаже приблизно таку ж картину, що ми спостерігали при дослідженні медитирующих буддистів і черниць, що моляться, і ми побачимо на моніторі комп'ютера яскраві плями. Досвід поїдання смачного пирога знаходиться в буквальному значенні слова у вашому мозку, але це не означає, що пиріг примарний або його смак нереальний.
Подібним чином, коли ми знаходимо, які нейробіологічні процеси стоять за духовним досвідом, це не означає, що ми оголошуємо цей досвід нереальним. Якщо, скажімо, Бог існує і якщо Він був вам у якомусь втіленому вигляді, ви не могли б пережити Його присутність якимось іншим способом, окрім через образ реальності, створений нервовою системою. Вам знадобився б слуховий аналізатор, щоб почути Його голос, візуальна система, щоб побачити Його обличчя, та когнітивна обробка інформації, щоб зрозуміти, що Він вам цим явищем хотів сказати. І навіть якщо Він буде розмовляти з вами містично, крім слів вам знадобляться когнітивні функції, щоб вловити зміст сказаного, і приплив інформації від емоційних центрів мозку, щоб ви могли пережити глибоке захоплення та трепет. Тут з нейробіологією все ясно: Бог не може увійти до вашої голови ніяк інакше, крім нервових шляхів мозку.

Бог не може існувати як концепція чи реальність будь-де за межами вашого мозку

Відповідно, Бог не може існувати як концепція чи реальність будь-де за межами вашого мозку. У цьому сенсі як духовний досвід, і звичайні переживання матеріальної природи стають для мозку реальністю тим самим шляхом – через обробку інформації у мозку і завдяки роботі когнітивних здібностей розуму. Хоч би якою природою володіли духовні переживання - будь вони відображенням справжньої духовної реальності або просто образами, які мають суто нейробіологічну природу, - всі значні події, що стосуються людської духовності, відбуваються в умі. Іншими словами, розум за визначенням має містичну природу. Ми не можемо впевнено сказати, яким чином у ньому виникли такі здібності, але можемо виявити їхню нейробіологічну основу: деякі найважливіші структури та функції, насамперед автономну нервову систему, лімбічну систему та складні аналітичні функції головного мозку.

Системи збудження та умиротворення

Системи збудження та умиротворення – найголовніша частина нервової системи тіла, їх волокна служать важливим неврологічним мостом між мозком і рештою частин тіла. Отримуючи інформацію від різних структур головного мозку, автономна нервова система бере участь у регулюванні таких найважливіших функцій, як частота серцебиття, артеріальний тиск, температура тіла та травлення. У той же час, оскільки вона пов'язана з вищими структурами, вона сильно впливає на багато інших аспектів діяльності мозку, включаючи генерацію емоцій і настроїв.
Автономна нервова система складається з двох відділів: симпатичної та парасимпатичної систем. Симпатична нервова система – це основа для тілесної реакції «боротьба чи втеча», яка різко підвищує адреналін у той час, коли потрібно захищатися від небезпеки чи тікати. Цю систему збудження також активізують позитивні переживання – через це, наприклад, серце мисливця починає швидко битися, коли він наближається до своєї жертви. Подібне відбувається і тоді, коли людина підходить до свого сексуального партнера. Фактично будь-яка ситуація, якась пов'язана з виживанням, активізує симпатичну систему. Чи це нова потенційна можливість, чи то загроза, реакція однакова – це приведення тіла в стан готовності, збудження. На фізіологічному рівні це виявляється у збільшенні частоти серцевих скорочень, підвищенні артеріального тиску, почастішанні дихання та підвищенні тонусу м'язів. У стані збудження тіло щедро витрачає енергію, щоб отримати можливість робити рішучі дії.
Оскільки симпатична система готує тіло до дії, ми називатимемо її, включаючи її зв'язки з головним мозком і наднирковими залозами, системою збудження.
У системи збудження існує своя противага – парасимпатична нервова система. Вона відповідає за збереження енергії та за гармонійний баланс у роботі базових функцій організму. Вона регулює сон, викликає розслаблення, сприяє травленню та керує зростанням клітин. Оскільки вона надає заспокійливу та стабілізуючу дію на тіло, ми називатимемо парасимпатичну нервову систему разом з деякими пов'язаними з нею структурами верхніх та нижніх частин головного мозку системою умиротворення.
Загалом системи збудження та умиротворення діють за принципом антагонізму: коли підвищується активність однієї з них, активність іншої знижується. Це дозволяє тілу та мозку працювати плавно і належним чином реагувати на будь-яку нову ситуацію. Припустимо, коли виникає небезпека, умиротворююча система поступається місцем системі збудження, дозволяючи їй витрачати енергію, яка фізіологічно готує тіло до дії. Подібним чином система збудження відходить на задній план, коли загроза залишається у минулому, і тоді під дією системи умиротворення тиск крові знижується, дихання сповільнюється і тіло починає накопичувати потрібні запаси палива та енергії.
Ці дві системи, як правило, неодноразово поступаються владою одна одній у процесі виконання повсякденних справ. Однак у деяких випадках обидві системи працюють одночасно, коли щось змушує їх максимально активізуватися, і це спостерігається при виникненні альтернативних станів свідомості. Такі незвичайні стани зміненої свідомості виникають під впливом деяких сильних фізичних чи психічних пускових механізмів, таких як танець, біг чи тривале зосередження уваги. Ці стани можна запускати свідомо з допомогою особливих дій, безпосередньо з релігією – обрядів чи медитації. Те, що як викликані навмисно, так і мимовільні стани такого роду мають велику схожість, вказує на те, що автономна нервова система має безпосереднє відношення до потенційної здатності мозку відчувати духовні переживання.
Ми вважаємо, що насправді автономна нервова система є фундаментально важливою для появи духовних переживань. Багато досліджень минулого показували, що такі практики, як, наприклад, тантрична йога або трансцедентальна медитація, пов'язані зі значними змінами частоти серцебиття та дихання, а також рівня артеріального тиску – всі ці речі контролює саме автономна нервова система.

Відповідь питанням, що вивчає нейробіологія, досить короткий. Нейробіологія - це галузь біології та наука, що вивчає будову, функції та фізіологію мозку. Сама назва цієї науки каже, що головними об'єктами вивчення служать нервові клітини – нейрони, у тому числі складається вся нервова система.

• З чого складається мозок, крім нейронів?
• Історія розвитку нейробіології
• Нейробіологічні методи дослідження

З чого складається мозок, крім нейронів?

У будові нервової системи крім власне нейронів беруть участь різноманітні клітинні глії, частку яких припадає більшість обсягу мозку та інших ділянок нервової системи. Глії призначені для обслуговування та тісної взаємодії з нейронами, забезпечуючи їх нормальне функціонування та життєдіяльність. Тому сучасна нейробіологія мозку вивчає також нейроглії, та його різноманітні функції із забезпечення нейронів.

Історія розвитку нейробіології

Сучасна історія розвитку нейробіології як науки почалася з ланцюжка відкриттів межі 19-20 століть:

1. Представники та прихильники заснованої у першій половині XIX століття Й.-П. Мюллером німецької школи фізіології (Г. фон Гельмгольц, К. Людвіг, Л. Герман, Е. Дюбуа-Реймон, Ю. Бернштейн, К. Бернар та ін.) змогли довести електричний характер сигналів, що передаються нервовими волокнами.
2. Ю. Бернштейн у 1902 році запропонував мембранну теорію, що описує збудження нервової тканини, де визначальна роль відводилася іонам калію.
3. Його сучасник Є. Овертон у тому року відкрив, що натрій необхідний генерації порушення у нерві. Але сучасники не гідно оцінили робіт Овертона.
4. К. Бернар та Е.Дюбуа-Реймон припустили, що мозкові сигнали передаються через хімічні речовини.
5. Російський учений В.Ю.Чаговец трохи раніше опублікування мембранної теорії Бернштейна висунув у 1896 році власну іонну теорію виникнення біоелектричних явищ. Він також експериментально підтвердив, що електричний струм має подразнювальну фізико-хімічну дію.
6. Біля джерел електроенцефалографії стояв В.В. Правдич-Немінський, який 1913 року зміг вперше зафіксувати з поверхні черепа собаки електричну активність її мозку. А перший запис людської електроенцефалограми вдалося зробити 1928 року австрійському психіатру Г. Бергеру.
7. У дослідженнях Е.Хакслі, А.Ходжкіна та К.Коула були розкриті механізми збудливості нейронів на клітинному та молекулярному рівні. Перший 1939 року зміг виміряти, як із збудженні мембрани гігантських аксонів кальмара змінюється її іонна провідність.
8. У 60-х роках в інституті фізіології АН УРСР під керівництвом ак. П.Костюка були вперше зареєстровані іонні струми в момент збудження мембран нейронів хребетних та безхребетних тварин.

Потім історія розвитку нейробіології поповнилася відкриттям багатьох компонентів, що беруть участь у процесі внутрішньоклітинної сигналізації:

• фосфатази;
• кінази;
• ферменти, що у синтезі вторинних посередників;
• численні G-білки та інші.

У роботі Е. Неєра та Б. Сакмана було описано дослідження одиночних іонних каналів у м'язових волокнах жаби, які активувалися ацетилхоліном. Подальший розвиток методів дослідження дозволив вивчити активність різних одиночних іонних каналів, що є в клітинних мембранах. В останні 20 років в основи нейробіології стали широко впроваджуватися методи молекулярної біології, що дозволило зрозуміти хімічна будоварізних білків, що беруть участь у процесах внутрішньоклітинної та міжклітинної сигналізації. За допомогою електронної та вдосконаленої оптичної мікроскопії, а також лазерних технологій стало можливим вивчення основ фізіології нервових клітин та органел на макро- та мікрорівнях.

Відео про нейробіологію - науку про мозку:

Нейробіологічні методи дослідження

Теоретичні методи дослідження в нейробіології головного мозку людини багато в чому спираються вивчення ЦНС тварин. Людський мозок є продуктом тривалої загальної еволюції життя на планеті, яка почалася в архейський період і продовжується досі. Природа перебрала незліченні варіанти устрою ЦНС і її елементів. Так, помічено, що нейрони з відростками і процеси, що протікають в них, у людини залишилися точно такими ж, як у набагато більш примітивних тварин (риб, членистоногих, рептилій, амфібій і т. д.).

У розвитку нейробіології останніх років все частіше використовуються прижиттєві зрізи головного мозку морських свинок та новонароджених щурів. Часто використовується нервова тканина, культивована штучно.

Що можуть показати сучасні методи нейробіології? Насамперед, це механізми роботи окремих нейронів та їх відростків. Щоб зареєструвати біоелектричну активність відростків або самих нейронів, використовуються спеціальні прийоми мікроелектродної техніки. Вона, залежно від завдань та предметів дослідження, може виглядати по-різному.

Найчастіше використовується два види мікроелектродів: скляні та металеві. Для останніх часто береться вольфрамовий дріт завтовшки від 0,3 до 1 мм. Щоб зафіксувати активність одиночного нейрона, мікроелектрод вставляється в маніпулятор, здатний дуже точно просувати його у мозку тварини. Маніпулятор може працювати окремо або будучи прикріпленим до черепа об'єкта в залежності від завдань, що вирішуються. В останньому випадку пристрій має бути мініатюрним, тому отримав назву мікроманіпулятора.

Реєстрована біоелектрична активність залежить від величини радіуса кінчика мікроелектроду. Якщо цей діаметр не перевищує 5 мікронів, стає можливим реєструвати потенціал одиничного нейрона, якщо при цьому кінчик електрода наблизиться до досліджуваної нервової клітини приблизно на 100 мікрон. Якщо у кінчика мікроелектроду вдвічі більший діаметр, то фіксується одночасна активність десятків і навіть сотень нейронів. Також широко поширені мікроелектроди, виготовлені зі скляних капілярів, діаметри яких коливаються від 1 до 3 мм.

Що цікавого Ви знаєте про нейробіологію? Що Ви думаєте про цю науку? Розкажіть про це у коментарях.

Наука про мозок єдина. Вона включає не тільки фізіологію, але практично всі біологічні та ряд медичних дисциплін, фізику з її технічними досягненнями, хімію з її можливостями синтезу нових препаратів, математику та інформатику, бо настав час спробувати систематизувати величезний масив накопичених даних та побудувати хоча б у першому наближенні. , інформаційну теорію мозку І, безперечно, ця наука включає психологію та філософію.

Одними з перших, хто почав перекидати міст від фізіології до психології, були наші великі вчені Іван Сєченов та Іван Павлов, які дали потужний поштовх розвитку російської фізіологічної школи. На щастя, вона збереглася. Досягнення сучасної наукипро мозку вражаючі. Вони викликають зараз до життя грандіозні національні проекти, націлені на здоров'я людини та створення нових інформаційних технологій(США та Китай вже починають їх реалізовувати). Цей виклик часу має прийняти й Росія. Науковий потенціал у нас для цього є. Потрібна лише потужна підтримка. Які ж галузі нейробіологічних досліджень є найбільш важливими для нас? Як мені здається, можна виділити принаймні шість актуальних напрямів у вивченні мозку.

Іонний канал - мембранний білок, "вставлений" у біологічну мембрану, - ключовий молекулярний "чіп" живої клітини.

ЕВОЛЮЦІЯ ТА ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК

Зрозуміти природу мозку людини з її найвищими психічними здібностями неможливо без розуміння природи еволюційного процесу. До речі, термін "еволюційна фізіологія" було запропоновано 1914 р. зоологом Олексієм Северцовим (академік з 1920 р.). А формування цього фундаментального наукового напряму пов'язане з вітчизняною наукою, з іменами фізіологів академіка Леона Орбеля та члена-кореспондента АН СРСР Хачатура Коштоянця. У 1956 р. Орбелі створив Ленінграді Інститут еволюційної фізіології та біохімії, домігшись присвоєння йому імені Івана Сєченова. Понад півстоліття ведуть тут активні дослідження в галузі еволюційної фізіології. При цьому розгляду піддаються різні рівніскладності живих систем Так, згідно з поданням, що розвивається академіком Юрієм Наточіним і членом-кореспондентом РАН Миколою Веселкіним, система хімічної регуляції та сигналізації, що виникла на ранніх етапах еволюційного процесу у примітивних одноклітинних організмів, виявилася затребуваною і при появі багатоклітинних, аж до приматів. При цьому вона еволюціонувала в гормональну та спеціалізовану нейроендокринну системи. Остання підтримує гомеостаз, регулює найважливіші функціїмозку та вісцеральних (що стосуються внутрішнім органам) систем.

Вивчення механізму онтогенезу - найактуальніший напрямок у сучасній науці про мозок. Цією проблемою успішно опікується академік Михайло Угрюмов в Інституті біології розвитку ім. Н. К. Кольцова РАН (Москва), активно співпрацюючи при цьому з французькими нейробіологами.

Еволюція свідомості - ще один актуальний та захоплюючий напрямок сучасної нейробіології. Якщо тварини мають "первинну свідомість", то люди - багато в чому через наявність мови - її вищою формою. Ось чому природу людської свідомості не можна зрозуміти без пізнання генетичних засад та еволюційного розвитку мови. Питання про те, як і коли виникла мова, залишається відкритим. Обговорюються дві можливості: або він є продуктом генетичного "вибуху", або результатом поступового, природного відбору дрібних мутацій. Незалежно від відповіді, фахівці завдають на еволюційному дереві загону приматів, сімейства гомінід, роду Homo sapiens наступне датування: нейроанатомічний субстрат мови виник у Homo erectus близько 2 млн. років тому; протомова з'явилася у Homo habilis близько 1 млн років тому; нарешті, повністю сформована мова Homo sapiens датується приблизно 75 тис. років тому. Найцікавіші нейролінгвістичні дослідження на стику фізіології та лінгвістики активно веде в Санкт-Петербурзькому університеті доктор біологічних та доктор філологічних наук Тетяна Чернігівська.

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗІОЛОГІЯ

Мозок дорослої людини містить близько 100 млрд. нервових клітин та близько 100 трлн контактів між ними, званих синапсами. Коли говорять про обробку інформації в мозку, про "нервові мережі", необхідно мати на увазі, що "мережі" - суто інформаційне поняття. Насправді нервова система - зовсім не мережа, як думали раніше, а 100 млрд. окремих клітин, що контактують одна з одною.

Передача інформації між ними здійснюється за допомогою електричних та хімічних сигналів. Одне з ключових завдань молекулярної фізіології - зрозуміти, як саме електричний сигнал (йдеться не про електричний струм, звичайно, а про іонні струми - позитивно заряджені іони калію, натрію, кальцію і негативно заряджені іони, наприклад, хлор) поширюється довгим (аксоном) ) та короткому (дендриту) відросткам нервової клітини і як він передається хімічним шляхом у місці контакту (у синапсі).

Носії хімічної передачі (нейропередавачі або нейромедіатори) служать низькомолекулярні сполуки - ацетилхолін, глутамат, дофамін і цілий ряд інших.

До "елементної бази" нервової клітини можна віднести так звані "мембранні білки", як би "вставлені" в біологічну мембрану. З цих вбудованих в мембрану білків зупинимося на іонних каналах (через них селективно переносяться позитивно або негативно заряджені іони - катіони або аніони) та на рецепторах - мембранних білках, на які "сідають" і взаємодіють з ними молекули нейропередавача. До складу білкових рецепторів входять як, власне, рецепторна частина, що "дізнається" молекулу нейропередавача, так і канальна - через неї іони переносяться. " Класичні " іонні канали управляються, тобто. відкриваються та закриваються, шляхом зміни електричної напруги на мембрані. Саме іонні канали забезпечують поширення електричного сигналу (нервового імпульсу) по відросткам нервових клітин. Інформація, що передається від нейронів до нейронів, закодована послідовністю таких імпульсів. По суті, послідовність імпульсів - це інформаційна "мова" мозку.

До складу величезного сімейства білкових рецепторів входять так звані G-білки, або сигнальні, бо вони служать універсальними посередниками при внутрішньоклітинній передачі світлових, хімічних (смак, нюх), нервових, гормональних сигналів до інших білків, відповідальних за ту чи іншу специфічну функцію живої клітини . З "суперсімейства" G-білокзв'язувальних рецепторів найбільш вивчений світлочутливий зоровий білок родопсин. Його первинна структура (амінокислотна послідовність) була встановлена ​​на початку 1980-х років академіком Юрієм Овчинніковим та його співробітниками в московському Інституті біоорганічної хімії РАН, який носить тепер ім'я М. М. Шемякіна та Ю. А. Овчиннікова.

Актуальним завданням молекулярної фізіології сьогодні є детальний опис тривимірної структури каналів та рецепторів, розуміння тонкощів їхньої взаємодії з іншими білками. Очевидно, що лише фундаментальне знання "елементної бази" клітин дозволить зрозуміти природу її порушень. Іншого шляху для з'ясування глибинних причин захворювань та успішного їх лікування, а також для створення нових ліків, у тому числі нейро- та психотропних, просто не існує.

За видатні успіхи у вивченні структури та функції іонних каналів та білків-рецепторів за останні десятиліття отримано не одну Нобелівська премія. У нас у цій галузі успішно працює чимало наукових шкіл, лабораторій та груп. Так, величезний внесок у вивчення іонних каналів зробив академік Платон Костюк. Його учнів можна зустріти зараз у Росії, Україні, у багатьох інших країнах. Один із яскравих представників цієї школи – член-кореспондент РАН та академік Національної академії наук України Олег Кришталь. Його роботи, у тому числі з виявлених ним протончутливих іонних каналів, публікують найпрестижніші наукові журнали. Широко відома наукова школа доктора медичних наук Бориса Ходорова (Інститут загальної патології та патофізіології РАМН), чиї праці з іонних каналів та збудливості нервових клітин стали класичними. Дослідження найвищого класу у цій галузі молекулярної фізіології веде член-кореспондент РАН Галина Можаєва та її колеги в Інституті цитології РАН (Санкт-Петербург).

Винятково важливий напрямок - вивчення модельних систем, тобто. штучних мембран та "вставлених" в них іонних каналів. У цій сфері на світовому рівні працює член-кореспондент РАН Юрій Чизмаджєв та його учні в Інституті фізичної хімії та електрохімії ім. А. Н. Фрумкіна РАН (Москва).

Тепер трохи докладніше про синаптичні рецептори, що "дізнаються" і взаємодіють з молекулами-нейропередавачами. Синаптичних контактів у мозку, як говорилося, близько 100 трлн. Але синапс - не просто контакт, а найскладніша молекулярна "машинерія". У ньому протікають усі процеси, що призводять до основних видів мозкової діяльності: сприйняття, рух, навчання, поведінку та пам'ять. Синапс - настільки важлива структура, що його вивчення вилилося в окрему сферу нейронауки - синаптологію, в якій російські вчені займають гідне місце.

Ще в 1946 р. згаданий Хачатур Коштоянц і Тигран Турпаєв (академік з 1992 р.) опублікували у журналі "Nature" піонерську статтю, де вперше представили результати, що свідчили про білкову природу синаптичного рецептора до нейропередавача - ацетилхоліну. У 60-х – на початку 80-х років XX ст. роботи світового класу щодо синапсів спинного мозку та еволюції синаптичної передачі виконав член-кореспондент АН СРСР Олександр Шаповалов з Інституту еволюційної фізіології та біохімії ім. І. М. Сєченова.

А нещодавно співробітники того ж Інституту – член-кореспондент РАН Лев Магазанік та його учень доктор біологічних наук Денис Тихонов – опублікували роботу про еволюцію глутаматних рецепторів – найважливішого класу білкових рецепторів центральної нервової системи та мозку.

Глутамат - ключовий збуджуючий нейропередавач, а рецептор до нього, як виявилося, - один із найдавніших: його попередники знайдені навіть у рослин та прокаріотів (примітивних одноклітинних без'ядерних організмів). Знання просторової організації та молекулярної фізіології цих рецепторів дозволяє лабораторії Магазаніка вести осмислений, цілеспрямований пошук нових нейро- та психотропних препаратів. Деякі вже проходять випробування на тварин.

Ще один приклад успіхів у розумінні еволюції, структури та функції білкового рецептора – вивчення рецептора до ацетилхоліну. Як і глутамат, ацетилхолін також є ключовим нейропередавачем. Пріоритетні дослідження у цій "гарячій" галузі синаптології ведуть члени-кореспонденти РАН Віктор Цетлін та Євген Гришин в Інституті біоорганічної хімії ім. М. М. Шемякіна та Ю. А. Овчиннікова.

Оригінальне і водночас традиційний напрямоксинаптології - вивчення синапсу між нервовою та м'язовою клітинами. Його успішно розвивають член-кореспондент РАН Євгеній Нікольський та член-кореспондент РАМН Андрій Зефіров (Казанський інститут біохімії та біофізики РАН та Казанський державний медичний університет).

Повторю: синапс - це найскладніша молекулярна "машинерія". У її порушеннях лежать причини нервових та психічних розладів; з синапсом пов'язана нейро-і психофармакологія сьогодення та майбутнього.

ФІЗІОЛОГІЯ СЕНСОРНИХ СИСТЕМ

У нашій країні це традиційно один із сильних напрямів. Біля його витоків стояли академіки фізіолог Леон Орбелі та фізик Сергій Вавілов. Саме вони у 1930-х роках дали потужний поштовх дослідженням спочатку у галузі фізіології зору, якими самі займалися, а потім слуху та інших сенсорних модальностей. У роботі будь-якої сенсорної системи можна виділити три основні етапи. Перший – рецепція, тобто. сприйняття та перетворення енергії зовнішнього впливу - світлового (зір), механічного (дотик, слух) або хімічного (смак, нюх) у фізіологічний сигнал. Другий - передача та інформаційна обробка сигналу на всіх рівнях сенсорної системи: від рецепторного до спеціалізованих підкіркових та кіркових відділів головного мозку. Третій - формування у корі мозку суб'єктивного образу об'єктивного зовнішнього світу. Кожен етап – предмет досліджень спеціалістів різних галузей знання.

Сенсорну фоторецепцію успішно вивчають у кількох лабораторіях, зокрема докторів біологічних наук Віктора Говардовського в Інституті еволюційної фізіології та біохімії ім. І. М. Сєченова РАН, Олега Синещекова та Павла Філіппова в МДУ ім. М. В. Ломоносова, автора цієї статті в Інституті біохімічної фізики ім. Н. М. Емануеля РАН. Роботи зі смакової рецепції успішно ведуться в лабораторії Станіслава Колесникова в Інституті біофізики клітини РАН у Пущині Розуміння "молекулярної машинерії" сенсорної рецепції відкриває нові можливості як для медицини, так і техніки. Наприклад, результати дослідження первинних фотохімічних реакцій в молекулі світлочутливого білка зорового родопсину можуть виявитися перспективними для створення пристроїв високої швидкодії для обробки інформації. Справа в тому, що ця фотохімічна реакція відбувається в родопсин за ультракороткий час - 100 - 200 фс (1 фемтосекунда - 10 - 15 с). Нещодавно у спільній роботі лабораторій доктора фізико-математичних наук Олега Саркісова в Інституті хімічної фізики ім. Н. Н. Семенова РАН, академіка Михайла Кирпичникова в Інституті біоорганічної хімії ім. М. М. Шемякіна та Ю. А. Овчиннікова РАН та автора цієї статті було показано, що реакція ця є не тільки надшвидкою, а й фотооборотною. Це означає, що за образом та подобою родопсину може бути створений молекулярний "фотоперемикач" або "фоточип", що працює у фемто- та пікосекундній шкалах часу.

Передача та обробка сенсорної інформації, упізнання та формування суб'єктивного образу зовнішнього світу, оцінка його біологічної та смислової значущості - область сенсорної фізіології, що стрімко розвивається. У цій галузі у нас плідно працює лабораторія в Інституті вищої нервової діяльності та нейрофізіології РАН, яку до початку 2010 р. очолював академік Ігор Шевельов, а також лабораторії доктора медичних наук Юрія Шелепіна, члена-кореспондента РАН Якова Альтмана в Інституті. І. П. Павлова РАН (Санкт-Петербург), доктора біологічних наук Олександра Супина в Інституті проблем екології та еволюції ім. А. Н. Северцова РАН (Москва).

ФІЗІОЛОГІЯ РУХУ

Слова Сєченова про те, що "всі зовнішні прояви мозкової діяльності можуть бути зведені на м'язове рух", справедливі і сьогодні. Сучасна фізіологія руху - це область інтересу фізіологів, математиків та фахівців у галузі теорії управління.

Ключову роль організації рухового поведінки грає зворотний зв'язок, що дозволяє оцінити хід виконання і результати руху і за необхідності скоригувати їх. Першими це усвідомили ще у 1930 – 1940-х роках наші видатні фізіологи член-кореспондент АМН СРСР Микола Бернштейн та академік Петро Анохін. Наступні дослідження, виконані у 1960-ті роки академіками фізіологом Віктором Гурфінкелем та математиком Ізраїлем Гельфандом спільно з їхніми учнями, стали класичними. Отримані тоді результати лягли в основу створення крокуючого робота, нових методів реабілітації хворих на пошкодження спинного мозку. Класичною стала і робота співробітників Інституту проблем передачі інформації АН СРСР Григорія Орловського, Федора Северина та Марка Шика, опублікована 1967 р., в якій вперше було описано спінальний генератор крокальних рухів.

Нещодавно доктор біологічних наук Юрій Герасименко з лабораторії фізіології рухів Інституту фізіології ім. І. П. Павлова РАН разом із американськими фізіологами показали, що електрична стимуляція спинного мозку разом із фармакологічним впливом викликала в щурів добре координовані крокальні руху, тобто. ходьбу, з повною підтримкою ваги тіла (ці результати опубліковані в нейробіологічному науковому журналі"Nature Neuroscience" у 2009 р.)

Успіх проведених на тваринних експериментів дає надію тисячам паралізованих спинальних хворих на хоча б часткову реабілітацію.

Фізіологія руху продовжує залишатись у нас предметом активного вивчення.

Фізіологія рухової системи - найважливіша складова частина гравітаційної фізіології, в яку наші вчені зробили винятково великий внесок. Дослідження в умовах невагомості дозволили визначити роль систем мозку, насамперед сенсорних, у забезпеченні нормальної рухової поведінки. У цьому напрямі активно працює лабораторія члена-кореспондента РАН Інеси Козловської в Інституті медико-біологічних проблем РАН.

Розуміння фізіологічних механізмів руху становить основу неврології, і в цій важливій медико-фізіологічній галузі у нас давно та успішно працює лабораторія доктора медичних наук Марата Іоффе в Інституті вищої нервової діяльності та нейрофізіології РАН.

ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПСИХІЧНИХ ФУНКЦІЙ

Цей напрямок один із найцікавіших, бурхливо розвиваються і, можна сказати, революційних. За останні роки в цій галузі досягнуто разючих успіхів і, що, мабуть, ще важливіше, сформульовано нові питання, на які ще потрібно буде відповісти. Місток, перекинутий Іваном Сєченовим та Іваном Павловим від фізіології до психології, перетворюється на генеральний шлях сучасної нейронауки. Що тут головне з погляду фізіологічних механізмів? Те, що у них задіяні як синапси, і гени, як міжклітинні взаємодії, і внутрішньоклітинна " машининерія " . У зв'язку з цим не можна не згадати великого іспанського гістолога Рамон-і-Кахаля. Ще 1894 р. він висловив ідею: в основі навчання лежить підвищення ефективності роботи синапсу (нині це встановлено за допомогою тонких сучасних методів). Причому повторна активація призводить до більшої ефективності.

Винятково важливим є електрофізіологічне вивчення механізмів навчання та пам'яті. У нас воно успішно розвивається, наприклад, у лабораторії члена-кореспондента РАН та РАМН Володимира Скребицького (Науковий центр неврології РАМН): тут розробляють лікарські препарати, що покращують пам'ять, порушену при захворюваннях головного мозку або слабшає внаслідок старіння.

Починаючи з 1970-х років успіхи у дослідженні клітинних та молекулярних механізмів пам'яті значною мірою пов'язані з вивченням простих нервових систем безхребетних тварин. По-перше, вони - зручний об'єкт для різноманітних експериментів, по-друге, вкрай цікаві з погляду еволюції та порівняльної фізіології. Одним із перших, хто докладно досліджував ще у 1960 – 1970-ті роки синаптичну передачу та різноманітність нейропередавачів на молюсках, став доктор біологічних наук Дмитро Сахаров в Інституті біології розвитку ім. Н. К. Кольцова РАН. Серед провідних наукових колективів, які вивчають механізми навчання, пам'яті та поведінки у безхребетних, – лабораторія доктора біологічних наук Павла Балабана в Інституті вищої нервової діяльності та нейрофізіології РАН. Використовуючи сучасні електрофізіологічні та оптичні методи реєстрації активності нейронів равлики, йому зі співробітниками вдалося описати організацію нервових мереж у простих нервових системах. Для побудови майбутньої інформаційної теорії мозку накопичення експериментальних даних такого роду є винятковою цінністю.

У механізмах навчання та пам'яті задіяні, як говорилося, і синапси, і внутрішньоклітинна "машинерія". Короткочасна пам'ять (хвилини - десятки хвилин) залежить від конформаційних змін білкових молекул синаптичних структур, тоді як довготривала (дні та роки) обумовлена ​​експресією генів, синтезом нових білків, молекул РНК та появою нових синапсів. Питання, які саме гени активуються під час навчання і що саме вони роблять у нервових клітинах? У нас у цьому напрямку успішно працює лабораторія члена-кореспондента РАН та РАМН Костянтина Анохіна в Інституті нормальної фізіології ім. Анохіна РАМН (Москва).

Вражаючих успіхів досягнуто в розумінні локалізації різних видівпам'яті завдяки новим методам візуалізації мозку Насамперед йдеться про функціональну магнітно-резонансну томографію, хоча в нас її поки що застосовують, в основному, в клініці. Щодо позитронно-емісійної томографії, то для фундаментальних досліджень її успішно використовують член-кореспондент РАН Святослав Медведєв та його співробітники в Інституті мозку людини ім. Н. П. Бехтерєвої РАН (Санкт-Петербург).

За допомогою цих методів показано, що пам'ять не дифузно розподілена по мозку, як думали раніше, а локалізована у певних відділах. Це важливо висновок для фізіології (нейро- і психофізіології) і медицини (неврології, нейрохірургії, психіатрії).

Тепер про свідомість - проблему на стику, принаймні трьох наук - фізіології, психології та філософії. Що тут головне? Усвідомлення того найважливішого становища, згідно з яким СВІДОМІСТЬ - це процес, дія, а не "щось" таке, що пасивно лежить у мозку. Ніхто не може зараз дати короткого та чіткого визначення свідомості. З приводу його механізмів висунуто чимало гіпотез. Одну з них у 1980 – 1990-ті роки запропонував член-кореспондент РАН Олексій Іваницький (Інститут вищої нервової діяльності та нейрофізіології РАН). Суть її в тому, що найважливіший елементсвідомості - суб'єктивний образ зовнішнього світу - виникає в проекційній корі мозку в результаті синтезу сенсорної інформації, що надходить ззовні, з інформацією, що міститься в пам'яті. Зіставлення потоку нової, що надходить і зберігається - ключовий момент у " потоку свідомості " . Синтез відбувається в результаті кругового руху нервових імпульсів. Подібні ідеї дещо пізніше стали розвивати й інші вчені, зокрема нобелівський лауреат 1972 р. Джералд Едельман (США).

Укладаючи цей розділ, слід підкреслити: проблема "свідомість і мозок" вимагає поєднання природничо-наукового та гуманітарного знання.

НЕЙРОІНФОРМАТИКА

Стає очевидним, що наукова політика розвинутих країн у першій половині ХХІ ст. буде орієнтована на дослідження мозку та його вищих функцій. Найважливіша роль вирішенні цих завдань належить нейроінформатиці. Математика та обчислення в нейроінформатиці немислимі у відриві від нейробіології.

Матеріальним субстратом передачі, обробки та аналізу інформації в мозку є електричні нервові імпульси в синапсах – від нейрона до нейрона. Тому, коли говорять про обробку інформації в "нервових мережах", йдеться про розуміння кодів імпульсів, несуть інформацію, і влаштування самих цих " мереж " , тобто. систем зв'язків між нейронами Крім того, необхідно зрозуміти "молекулярну машинерію" окремих нейронів. Необхідно це тому, що багато фізико-хімічних процесів, що відбуваються всередині клітини, не тільки забезпечують її життєдіяльність, але, очевидно, одночасно виконують роль обчислювальних операцій.

Незважаючи на величезний фронт робіт у галузі нейроінформатики, слід визнати, що задовільної математичної мови для опису неформалізованих живих систем - живої клітини або "нервових мереж" - поки що не створено. Це - одна з "гарячих точок" сучасної науки про мозок. Обчислювальні нейродослідження у всьому світі ведуться дуже активно. У нас у цьому напрямку успішно працюють групи та лабораторії у Москві, Ростові-на-Дону, Санкт-Петербурзі, Нижньому Новгороді. Але, на відміну від США, багатьох країн Європи та Азії, вони, на жаль, украй нечисленні.

Що ж до практичних додатків, зокрема медичних, то вони є і досить вражаючі. Одне з них - технологія прямого сполучення мозку із зовнішнім технічним пристроєм. Наразі створено системи, здатні передавати інформацію в одному напрямку – від мозку до комп'ютера. Скажімо, реєструючи викликані потенціали від певних областей кори головного мозку та передаючи їх у зовнішній пристрій, пацієнт, не здатний говорити та рухатися, може на відстані повідомити медичний персонал потрібну інформацію. В найближчому майбутньому стандартною операційною процедурою стане вживлення в мозок електронної системи, що дозволяє керувати інвалідним візком, протез руки або ноги.

У всіх цих випадках йдеться про реєстрацію та передачу надійно детектованих електричних сигналів (потенціалів), що генеруються певними областями мозку. Роботи у цій прикладній галузі у нас ведуть декілька колективів. Наприклад, у лабораторії доктора біологічних наук Олександра Фролова в Інституті вищої нервової діяльності та нейрофізіології РАН запропоновано оригінальні методи ранньої діагностики рухових захворювань.

Ще один медичний додаток – нейропротезування. Мільйонам пацієнтів вже встановлено слухові чіпи, що сприймають звук і передають інформацію безпосередньо нейронам відповідних центрів мозку. Завдяки цьому глухі люди чують та розуміють мову. У майбутньому можлива поява зорових та нюхових електронних протезів. Робляться спроби передачі інформації ззовні, крім органів чуття, у мозок.

Інший напрямок практичного застосування нейроінформатики, що бурхливо розвивається, - робототехніка. У 1970-1990-х роках саме в цій галузі були виконані піонерські роботи в рамках вітчизняної місячної програми. Йдеться про створення робота, здатного пересуватися сильно пересіченою місцевістю. Спочатку завдання здавалося майже нездійсненним. Вирішити її дозволило розуміння механізмів організації рухової активності тварин. Колективом фізіологів під керівництвом академіка Віктора Гурфінкеля (Інститут проблем передачі інформації АН СРСР) та механіків, очолюваних академіком Дмитром Охоцимським та доктором фізико-математичних наук Євгеном Дев'яніним (Інститут прикладної математики АН СРСР та Інститут механіки МДУ ім. знаменита "Шостиножка" - механічна "комаха". Вона стала прообразом багатьох сучасних, витончених антропоморфних роботів, здатних, наприклад, грати в настільний теніс (Японія). Роботи у цьому напрямі (управління рухами) у нас продовжуються у лабораторії доктора біологічних наук Юрія Левіка в Інституті проблем передачі інформації ім. А. А. Харкевича РАН.

Що стосується створення штучного інтелектуі комп'ютерів нового покоління, то в цій галузі, що бурхливо розвивається, зайняті фахівці різного профілю. Звичайно, сучасні суперкомп'ютери багато в чому перевершують можливості людського мозку. Але на відміну від Homo sapiens навіть найдосконаліші з них розумом не мають. Однак, на думку ряду дослідників у галузі інформатики, проблема ця технічна, і в недалекому майбутньому буде вирішена.

Прекрасне чи жахливе майбутнє чекає на людство? До цієї ключової етичної проблеми призводить стрімкий прогрес у галузі нейронаук. Дивовижні можливості, що відкриваються для впливу на людську особистість та соціальне життя суспільства, перспектива створення антропоморфних "когнітивних комп'ютерів" та багато іншого з неминучістю ставлять це "прокляте" питання. Відповідь на нього, як це неодноразово траплялося в історії, залежить не тільки і не так від учених, як від самого суспільства.

Академік Михайло ОСТРОВСЬКИЙ, президент Фізіологічного товариства ім. І. П. Павлова, завідувач лабораторії Інституту біохімічної фізики ім. Н. М. Емануеля РАН