Мозг и его потребности. От питания до признания

Огромную роль в работе нашего мозга играют центры потребностей. В функционировании компьютера они не так явно себя обнаруживают. Хотя современные компьютеры все же умеют заявлять о своих «потребностях». Компьютер может сообщить нам тем или иным способом: «Кончается заряд аккумулятора, подключи меня к сети», или «Пришла почта, посмотри», или «Не пора ли обновить антивирусную программу?». Можно легко представить ситуацию, когда, услышав, как хозяин вошел в квартиру, ваш ноутбук включается и говорит: «Не хочешь ли поиграть?», или «Тут интересный фильм появился», или еще что-то. То есть активно себя ведет, навязывая хозяину те или иные реакции.

Кроме того, и в компьютере, и в мозге есть устройства вывода – блоки, направленные вовне. В компьютере это принтер или дисплей, а в нашем организме – мышцы и внутренние органы. Когда мозг что-то делает, в том числе ищет пути удовлетворения той или иной потребности, то, соответственно, мы шевелим руками и ногами. А наше сердце, кишечник, почки, легкие работают для того, чтобы все эти движения были обеспечены кислородом, глюкозой и прочим… Все это работает, чтобы мы жили долго и по возможности счастливо.

Если копнуть чуть глубже, мы видим, что компьютер состоит из микрочипов, а мозг – из нейронов и расположенных между ними вспомогательных (глиальных) клеток. Нейроны (нервные клетки) и микрочипы – это примерно один уровень организации. Нам важны нейроны, поэтому поговорим о них подробнее.

Нервная клетка (рис. 1.1, слева) – это ветвистое образование, у которого есть центральная часть, ее называют сомой; в соме находится ядро и различные органоиды. От центральной части отходят два типа отростков: дендриты и аксоны (дендро – «ветвь», аксо – «ось»). Дендриты – сильно ветвящиеся отростки, которых обычно несколько, они находятся на входе в нейрон и воспринимают информацию. Аксон у нейрона всегда один, он проводит сигналы к следующим клеткам. В итоге нейроны образуют цепи, или сети, по которым передается информация.

Рис. 1.1. Вверху слева: нейрон; вверху справа: синапс. Внизу: пример нейронной сети

Наша память, эмоции, то, что мы воспринимаем во внешней среде, то, что направляется к мышцам и внутренним органам, – все это имеет форму распространения электрических импульсов по нервным сетям.

Когда мы смотрим на первый уровень работы мозга, то видим, что мозг – это электрическая машина, и здесь сходство с компьютером совершенно потрясающее.

Всем известно, что в компьютере существует двоичная система, когда с помощью ступенек тока кодируется все, что компьютер делает. Оказывается, и в нашем мозге используется очень похожий принцип, только ступеньки не прямоугольные, как в компьютере, а скорее треугольные (еще точнее, схожие с половинкой синусоиды), они называются потенциалы действия и бегут по аксонам и дендритам. Эти импульсы кодируют чувства, сенсорные переживания, мысли, будущие движения. Ступеньки тока примерно одинаковы во всех отделах мозга, и важно только место, где они возникают. Если подключиться к правильному месту мозга и подавать подобные импульсы, можно вызывать у человека, например, эйфорию или зрительную иллюзию, или запустить определенное движение. Этим, собственно, и занимаются специалисты, которые протезируют пациентам конечности или органы чувств.

Если мы начнем сравнивать мозг с компьютером в деталях, то обнаружится весьма обидная ситуация: в вычислительной машине упомянутые ступеньки тока генерируются по несколько миллиардов за секунду (гигагерцы), а рабочая частота большинства нейронов нашего мозга составляет примерно 50–100 Гц. Получается, что в нервной системе по каждому аксону за единицу времени передается очень мало информации. Вдобавок происходит это чрезвычайно медленно. В компьютерах сигналы распространяются, как говорят нам физики, со скоростью, составляющей примерно половину от скорости света, а у нас максимальная скорость 100–120 м/с, это очень мало.

У такого большого существа, как человек, пока импульс от кожи пальца добежит до спинного мозга, переработается там и вернется обратно, появляется явная задержка во времени, и палец при этом может, например, вполне чувствительно пострадать. Если бы у нас по нервам информация шла со скоростью света, мы бы вообще не обжигались. Мы бы настолько быстро реагировали, что в тот момент, когда палец прикасался к горячей сковородке, рука бы сразу же отдергивалась. Но скорость 100 м/с дает задержку при проведении импульсов по руке порядка 20 м/с, и за это время палец повреждается – спасибо, что не сгорает дотла.

Эволюция честно пыталась создать максимально «быстрые» аксоны, но смогла только такие. И это тоже победа, так как скорость проведения импульсов по нервам у примитивных беспозвоночных не превышает 1 м/с.

Мозг как химическая конструкция