Скрытые возможности нашего мозга

Вейсман Михаил

Дело в том, что мозжечок служит своего рода переходным мостом, связывающим головной мозг со спинным. И связь этого узла именно со спинным мозгом даже гораздо более прочная, чем с головным. Именно поэтому полное разрушение такого моста приведет в лучшем случае к полному же параличу вплоть до невозможности моргнуть или пошевелить губами. А в худшем – прогрессирующая аритмия сердечной мышцы быстро спровоцирует летальный исход. От частичных же травм мозжечка сильнее всего страдает работа мышц-разгибателей.

В общем, жизнь без мозжечка покажется нелегкой даже самому оптимистически настроенному человеку. Есть такое заболевание – атаксия (от греч. «беспорядок», «путаница»), при котором не образуется

или гибнет большинство необходимых для нормальной работы мозжечка нейронов. Чаще всего атаксия передается по наследству. И для таких больных элементарные движения составляют немалую сложность. Необходимость налить воду из чайника в стакан, подняться по лестнице, удерживать тело в вертикальном положении – все эти наполняющие наш ежедневный быт ритуалы для них составляют предмет специальных тренировок и упорного труда. Так что заболевание это крайне серьезное. Пусть оно не смертельно само по себе, зато в нем содержится зародыш массы смертельных несчастных случаев и бытовых травм в самых тривиальных для здорового человека обстоятельствах.

В итоге в определении роли мозжечка современная наука остановилась на взглядах Л. А. Орбели. Именно этот отечественный физиолог еще в 1949 году первым предположил, что мозжечок выполняет функцию как бы регулятора взаимоотношений между различными частями нервной системы. Просто на основе того факта, что большинство двигательных программ организма нарушается, однако не прекращается полностью. Из чего и был сделан вывод, что, выражаясь научно, мозжечок является интегративной системой головного мозга. То есть участвует в составлении программ движения организма для каждой конкретной ситуации. И регулирует активность тех или иных органов (тканей), которые должны быть задействованы в намеченном событии – будь то утренняя пробежка, прием пищи или научная лекция.

Впоследствии же данная теория была дополнена еще одним немаловажным наблюдением. А именно: травмы мозжечка провоцируют расстройство в том числе двигательных навыков, полученных человеком в результате специального обучения. То есть навыка, допустим, как у спортсменов или пациентов, занятых в отдельных сферах физического труда. Так и возникло предположение, что само обучение человека подобным специфичным, не свойственным большинству других людей, движениям проходило тоже с участием мозжечка.

В остальном же мозжечок считается одной из наиболее изученных частей головного мозга. Изученной настолько хорошо, что недавно был даже создан и продемонстрирован в действии первый простейший чип – компьютерный аналог естественного мозжечка.

Эксперимент был поставлен командой израильских ученых под руководством проф. М. Минца из университета Тель-Авива. Полностью парализованную белую крысу заново научили моргать с помощью электродов, вживленных на место разрушенного мозжечка. Импульсы от неповрежденных отделов мозга грызуна поступали в ходе опыта на микроскопический компьютерный чип. Тот, в свою очередь, расшифровывал их и передавал дальше – центральной нервной системе животного. Устройство, продемонстрированное в Израиле, представляет собой пока что самую примитивную из возможных конструкцию такого рода. Однако впоследствии проф. М. Минц предполагает «обучить» микрочип распознаванию и других сигналов мозга, чтобы расширить его функциональность.

Впрочем, исследователи из Тель-Авива – не первые, кто проводит эксперименты такого рода.

В журнале, издаваемом центром нейроинженерии (Centre of Neural Engineering) при университете Южной Калифорнии (University of Southern California) [1] , д-р Т. У. Бергер с соавторами представил статью – отчет об уже проведенной работе. Она стала результатом опытов его группы по восполнению функций другой части мозга – гиппокампа. Эта область отвечает за перенос новой информации из краткосрочной в долгосрочную память – как у людей, так и у животных. Оборудование, разработанное в университете Калифорнии, представляет собой гораздо более сложную по функционалу конструкцию. Лабораторных мышей в этих опытах обучали нажимать две педали. При этом лишь нажатие одной из них сопровождалось вознаграждением. Без чипа и при «выключенном» анестезией гиппокампе мыши запоминали нужную педаль лишь на несколько минут. Зато с помощью компьютера и его способности правильно распознавать сигналы памяти ученым удалось выработать у мышей требуемый навык. Более того, оказалось, что вживление такого чипа в здоровый гиппокамп грызуна существенно улучшало и скорость запоминания им педалей, и общие свойства его памяти.

1

Отчетную статью калифорнийской группы можно прочесть, соответственно, в Neural Engineering Journal: Berger Т. W., Hampson ft E., Song D., Goonawardena A., Marmarelis V. Z., Deadwyler S. A. A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory//J. Neural Eng. 2011. Vol. 8. № 4

Если необходимо еще более наглядное сравнение роли мозжечка в деятельности центральной нервной системы, то ни для кого не секрет, что изначально по образу и подобию человеческого мозга создавался компьютер. Равно как и большинство программ, которыми оперирует современная цифровая техника. Так вот, одной из служебных программ любого компьютера является так называемый менеджер процессов. Он распределяет очередность выполнения основных программ, процессорное время и системные ресурсы, которые они могут задействовать. Более всего работа мозжечка напоминает функции такого менеджера процессов. Только его быстродействие неизмеримо превышает возможности любого самого мощного менеджера, установленного в разветвленной корпоративной сети. Высоким технологиям такой совершенный баланс точности и скорости пока даже «не снился»!

Ствол головного мозга – что он такое?

Мозговой ствол по сути исполняемых им функций близок к мозжечку. Более того, именно он напрямую соединяет полушария большого мозга с мозгом спинным. Как и мозжечок, он состоит из нескольких частей, имеющих свою специализацию. Обычно в нем выделяют продолговатый мозг, варолиев мост, средний мозг и промежуточный мозг (см. рис. 3, с. 36). Собственно, некоторые исследователи и склонны на основании сходства функций считать мозжечок не отдельной формацией, а еще одной частью мозгового ствола. Ну хоть так, хоть этак, а ствол тоже отвечает за координацию движений. Вернее, за положение тела в пространстве. Как это работает, нужно объяснять на примере.

Допустим, когда человек сидит с завязанными глазами на стуле, он тем не менее чувствует, какое положение занимает его тело в пространстве, верно? Он не видит ни стен, ни пола, ни самого стула. Однако, если его, не развязывая глаз, уложить на пол или, скажем, перевернуть вверх ногами несколько раз подряд, он после прекращения манипуляций все равно уверенно определит, стоит ли он сейчас или лежит, или вообще висит вниз головой… Вот за ощущение человеком положения своего тела даже при отсутствии зрительных ориентиров отвечает мозговой ствол.

^{Рис. 2. Ствол головного мозга}

Кроме того, он, как и мозжечок, связывает полушария большого мозга с мозгом спинным. И разумеется, проводит информацию от одного образования к другому. А еще, именно в мозговом стволе расположены центры, регулирующие те рефлексы человека, которые напрямую связаны с движением. Это глотание, жевание, мимика лица, дыхание, сокращение сердечной мышцы, моргание (как и движения глазных яблок, и реакция на свет), кашель.