Изменчивость и гениальность

При интенсивном занятии физкультурой максимальное усиление кровотока приходится на моторные центры и вестибулярный аппарат. В других областях мозга кровоток заметно не увеличивается, поэтому интенсивные занятия спортом обычно отрицательно сказываются на интеллекте, и наоборот. Это происходит из-за того, что однонаправленная деятельность увеличивает локальный кровоток только в востребованных областях мозга. Сосуды функционально невостребованных областей сохраняют невысокий исходный кровоток. Если такая ситуация сохраняется долго, то капилляры редко нагружаемых областей постепенно окклюзируют, а участок неокортекса первым подвергается старческим изменениям.

Кровеносная система является активным механизмом направленного изменения метаболизма мозга в зависимости от поведенческих задач. Динамические способности кровеносной системы могут адаптироваться к изменению нейральных нагрузок. Адаптивная пластичность мозга обеспечивает как экономию энергии организма, так и спасает головной мозг от системного энергетического истощения.

Таким образом, для реализации возможностей собственного мозга необходимо соблюдать пропорциональность периодической интенсификации кровоснабжения различных отделов мозга. В мозге должны быть регулярно задействованы сенсорные, двигательные и ассоциативные центры. Продолжительное снижение кровотока до базового уровня вызывает постепенную локализованную гибель нейронов. Эти события уже необратимы и восстановлению не поддаются.

Процессы инволюции, связанные с уменьшением локального кровотока мозга, особенно заметны на примере памяти. Головной мозг всегда обладает базовой активностью независимо от состояния организма. Это связано с фундаментальными свойствами нервной системы. Нейроны только тогда могут хранить информацию, когда могут её передавать. Поддержание как наследуемой (видоспецифической), так и приобрётенной памяти всегда очень энергозатратно. Видоспецифическая память обеспечивается врождёнными особенностями работы кровеносной системы. Индивидуальная память зависит от кортикального кровотока и динамична. Если персональный опыт долго не востребован, то снижение кровообращения и новые впечатления могут полностью удалить или глубоко изменить воспоминания.

Уникальное кровоснабжение мозга ставит ещё одно ограничение на его потенциальные возможности. Мозг человека интенсивно потребляет кислород, и его нехватка невосполнима. У всех млекопитающих требования мозга к количеству кислорода довольно похожи. Если потребление кислорода мозгом становится меньше 12,6 л/(кг*ч), наступает смерть. При таком уровне кислорода мозг может сохранять активность только 10-15 с. Через 30-120 с угасает рефлекторная активность, а спустя 5-6 мин начинается гибель нейронов. Примерно на такое время хватает внутриклеточных запасов гликогена, который расщепляется до глюкозы. Иначе говоря, собственных ресурсов для дыхания и энергетического обмена у нервной ткани практически нет. Мозг получает кислород, воду с растворами электролитов и питательные вещества по законам, не имеющим никакого отношения к интенсивности метаболизма других органов. Величины потребления всех «расходных» компонентов относительно стабильны и не могут быть ниже определённого уровня, обеспечивающего функциональную активность мозга.

Достаточно упомянуть обособленный от основного энергетического пути обмен воды и электролитов в головном мозге.

Построен на активной ультрафильтрации плазмы крови через систему сосудистых сплетений. Через эти небольшие образования каждые 12 ч фильтруется вся несвязанная вода организма приматов и человека. Если животное активно, то время фильтрации может сократиться до 5-7 ч. Вместе с водой в мозг поступает большой набор электролитов, необходимых для нормального функционирования нейронов. Нарушение водно-электролитного обмена губительно для мозга, что вносит свои поведенческие ограничения.

Таким образом, головной мозг является энергозависимой системой, потребляющей большое количество энергии организма. Мозг крайне нестабилен, не имеет собственных внутренних ресурсов и постоянно перестраивается, утрачивая уже приобретённый опыт. При этом он постоянно стремится к снижению своих затрат, что затрудняет любую его работу.

Возникает вполне естественный вопрос об эволюционных причинах возникновения крупного мозга приматов и человека. Если этот орган так энергозатратен то, как он вообще мог возникнуть в процессе эволюции? Казалось бы, создание столь невыгодного в энергетическом плане органа должно было привести к быстрому вымиранию всей группы. Судя по палеонтологической летописи, это происходило постоянно. Только небольшая группа видов сохранилась до настоящего времени. Тот факт, что высшие приматы и предки человека не вымерли, означает существование некоторых неочевидных преимуществ, которые давал большой и эволюционно «невыгодный» головной мозг.