Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
Шрифт:
Как же мы запоминаем и как мы приобретаем опыт, то есть учимся? Суть этих явлений таится в нервных клетках, она все еще не до конца разгадана, однако ясно, что многие ответы коренятся в наших синапсах. Механизм обучения связан с уменьшением эффективности синаптической передачи импульсов от сенсорных нервов к моторным. Это хорошо показал эксперимент, проведенный, однако, не с участием людей, поскольку очень сложно проследить за изменениями в синаптических связях человека и других позвоночных (в них задействовано великое множество клеток). Героем этого эксперимента стал морской слизень аплизия. В ответ на касание жабр слизень смыкал их. Но с каждым разом жабры смыкались с меньшей силой. Это, как показало исследование, происходило вследствие уменьшения числа пузырьков-трансмиттеров, которые выбрасываются нервами в синапсах, что, в свою очередь, явилось следствием снижения синаптического потенциала в реагирующих нервах. Увеличение или уменьшение количества пузырьков-трансмиттеров, скорее всего, и является основой механизма действия так называемой «короткой памяти», базирующейся на взаимодействии сетей нервных клеток.
Долгосрочная же память основывается на активности генов и синтезе белков, которые устанавливают одни синаптические соединения и удаляют другие. В этих случаях могут также происходить изменения в синапсах, благодаря чему они передают больше либо меньше нервных импульсов.
Есть надежда, что изучение компьютерных соединений, которые имитируют соединения между нервными клетками, поможет ученым понять принципы поведения соединенных между собой нервных клеток в человеческом мозгу. Всмотревшись в компьютерные нейросети, мы, возможно, разберемся наконец в том, как работают наши мозги. Ведь искусственные нейросети отчасти ведут себя подобно нервным клеткам.
Концепция нейросетей основана на работах гениального математика Алана Туринга и других исследователей высшей нервной деятельности, которые пытались разработать принципиальную схему человеческого мозга на основе компьютерной модели. Уподобляемые нервным клеткам ячейки компьютерной сети могут быть либо активными, либо бездействующими. Каждая из них соединена с множеством других ячеек; причем все ячейки взаимно влияют одна на другую. Ключевым фактором во взаимодействии компонентов сети являются их соединения, которые проверяют силу импульсов, побуждающих к активизации, либо импульсов, требующих остановить действие. Это похоже на то, как если бы вы говорили «Давай» или «Прекрати» своему соседу громко либо тихо. Будет ли затем активирована ячейка, зависит от нее самой: ячейка анализирует все импульсы, проверяет их силу и принимает решение. Фундаментальное качество мест соединений отдельных компонентов сети, которые можно уподобить синапсам между нервными клетками, заключается в том, что оценка импульсов может меняться. Это определяет поведение сети и наделяет ее функцией обучения.
Различные исследования, в том числе и с применением компьютерных моделей, помогают понять, как разнообразные стимулы и возбудители, воздействующие на поверхность нашего тела, передаются в виде нервных импульсов в мозг и обрабатываются там.
Знания об этом нам следует дополнить знанием о том, как функционируют сложные нервные сети. Часть нашей памяти хранится в гиппокампе, отделе головного мозга, который содержит в себе объемную карту пространства, в котором мы движемся. Наше положение кодируется в виде импульсов, испускаемых отдельными клетками, — их называют пространственными. Когда мы находимся в каком-то конкретном положении, импульсы будет испускать только какая-то одна клетка. Если мы двинемся дальше, то импульсы испустит следующая, и так далее.
Часто высказывается мнение, будто наши действия определяются не генами и клетками, а свободным волеизъявлением. Подобные взгляды не вызывают у меня симпатии, поскольку они слишком далеки от реальности. Хотя я понимаю, как трудно людям смириться с тем, как много в их судьбе определяется фактором наследственности.
Тем, кто со мной не согласен, я просто советую задуматься о различиях между мужчинами и женщинами. Вряд ли кто-то способен предположить, что все различия между ними лежат в сфере культуры. Мы же уже знаем, что лишь в течение короткого времени после зачатия человеческий эмбрион нельзя отнести к мужскому или женскому полу. Но затем у эмбрионов мужского пола появляются яички, которые начинают выделять тестостерон. Этот гормон воздействует на клетки эмбриона, активирует многочисленные гены, и это приводит в конце концов к существенным отличиям мужчин от женщин.
Если вы сомневаетесь в том, что гены предопределяют криминальные наклонности, вам не стоит читать далее, ибо доказано, что преступления с применением насилия совершают в основном мужчины, а не женщины. Существуют данные о доминировании мужчин в математике; в то же время у женщин, в отличие от мужчин, способности к языкам и пространственному мышлению обнаруживаются сразу в обоих полушариях мозга. Представляется, что тяга и любовь к детям у женщин являются врожденными, в то время как у мужчин эти качества следует воспитывать. Между мозгом мужчин и женщин существуют определенные структурные различия, что объяснимо с точки зрения эволюции, поскольку в деле воспроизводства потомства мужчинам и женщинам объективно суждено играть разные роли. У мужчин не существует эквивалента женского менструального цикла и его психологических и физиологических последствий.
Почему же естественная мысль, что гены играют такую важную роль в нашем поведении, сталкивается со столь сильным сопротивлением? Вероятно, причиной этому стала так называемая стандартная социально-научная модель человеческого поведения, основой которой является убеждение в том, что наше поведение определяются культурой и что мы рождаемся с мозгом — по сути своей чистым листом. В противовес этой модели в настоящее время формируется другая, которая исходит из того, что именно биологические особенности определяют функционирование человеческого мозга, но которая в то же время вовсе не отрицает важность непосредственного опыта и культуры.
Мы рождаемся с намного более совершенным, нежели думали раньше, набором функций мозга, все из которых запрограммированы генами. Вскоре после рождения мы овладеваем умением определять причины и следствия явлений в окружающем нас материальном мире, а это и отличает нас от животных — без этого качества люди не стали бы изготавливать орудия труда. Наша способность говорить подразумевает наличие особого высокоспециализированного отдела мозга; наше влечение к противоположному полу также требует развития особых отделов мозга. Многим из нас присущ врожденный страх перед змеями, однако ни один младенец — не важно, сколько раз предупреждают, — не испытывает страха перед электрической розеткой.
Необходимо понять, как гены программируют развитие мозга, дабы наделить нас конкретными особенностями мышления. Знания об этом были бы очень полезны. Если бы мы выяснили биологическую подоплеку криминальных наклонностей, появилась бы возможность предотвратить многие преступления. Если бы удалось выявить генетическую основу гомосексуальности, то это хотя бы уменьшило, по крайней мере у некоторых, ощущение родительской вины, а кое-кто смог бы сэкономить на оплате услуг психоаналитиков.
Главная нерешенная проблема в отношении нашего мозга — как он порождает сознание, как мы осознаем самих себя и свои чувства. Как, с помощью какого механизма клетки заставляют нас испытывать радость или горе? Эта загадка ждет ответа.
9. Как мы растем и почему мы стареем
Как клетки размножаются, растут и приходят в упадок
Подобно большинству других животных, мы рождаемся очень маленькими и затем растем. Причем рост начинается уже во время нашего эмбрионального развития. Хотя эмбрион и слишком мал по сравнению со взрослой особью, в которую ему предстоит превратиться, основные принципы строения нашего тела закладываются именно на эмбриональной стадии развития. Схема будущего тела человека в целом сформирована уже тогда, когда конечности и главные органы достигают всего лишь нескольких миллиметров в длину.