Главный гаджет эволюции: из чего состоит человеческий мозг

С точки зрения эволюции, ученые считают лобную долю самой молодой областью. В ней рождается способность планировать, строить долгосрочные стратегии и сдерживать порывы. Если говорить о том, что делает нас людьми, то ответ спрятан именно здесь. 

Результаты томографических исследований показывают, что без лобной доли человек превратился бы в существо, которое живет только мимолетными желаниями. Когда испытуемый решает сложную задачу на планирование или представляет будущее, лобная кора загорается особенно ярко. Однако у этой системы есть особенность: формирование лобной доли завершается примерно к двадцати пяти годам. Этот факт объясняет эмоциональные бури переходного возраста.

Миндалевидное тело, центр тревоги и аффекта, у подростка уже активно и реактивно. А префронтальная кора, которая должна тормозить его импульсы, еще не вышла на проектную мощность. Получается эволюционный компромисс: природа дала человеку долгое детство для обучения, но временно оставила его без полноценного внутреннего тормоза. 

Теменная доля занимает верхнюю часть мозга и работает как главный сенсорный интегратор. Она собирает сигналы от кожи, мышц и суставов, после чего строит трехмерную модель тела и окружающего пространства. Благодаря этому отделу Вы можете коснуться пальцем кончика носа с закрытыми глазами или найти ключ в кармане, не глядя на него.

Теменная доля отвечает не только за ощущения, но и за навигацию в пространстве. Она позволяет оценить расстояние до предмета, пройти в дверной проем и не задеть косяк, спуститься по лестнице в темноте. Этот навык сформировался очень давно, ещe у животных, которым приходилось быстро маневрировать в трeхмерной среде. Мы унаследовали его практически в готовом виде.

Кроме того, ученые из США и Южной Кореи выяснили, что в теменной доле могут зарождаться фальшивые воспоминания. Они провели эксперимент с участием 11 добровольцев. Участники запоминали длинные списки слов, которые относились к одной категории, например к названиям домашних животных.

Затем им показывали слова и просили вспомнить, встречались ли они в исходном перечне. В это время мозговую активность фиксировали с помощью функциональной МРТ. Этот метод позволяет отслеживать изменения кровотока в реальном времени.

Выяснилось, что при точных ответах усиливалась работа медиальной височной коры. Если же человек ошибался, но сохранял уверенность в своей правоте, активизировалась передняя часть теменной коры. Ведущий автор исследования Роберто Кабеза объяснил такое разделение функций.

Медиальная височная кора связана с подробными воспоминаниями о событиях, а передняя теменная область — с извлечением их общего смысла. Активность второй зоны возрастает, когда человек имеет дело с давними воспоминаниями. Похожий процесс наблюдается и в мозге пожилых людей: они чаще удерживают не точные детали, а основное впечатление. Именно на этом этапе возникают ошибки памяти — человек узнаeт лица, предметы или ситуации, которых в действительности не было.

Авторы полагают, что полученные данные помогут в ранней диагностике нарушений памяти при деменции.

В задней части черепа, над самой шеей, расположена затылочная доля. Это самый компактный, но молниеносный зрительный процессор. Глаза лишь передают картинку, а вся обработка происходит здесь. Разные участки зрительной коры выполняют узкие задачи: один слой реагирует на линии и углы, другой — на цвет, третий — на движение.

Такое разделение труда открыли нейрофизиологи Дэвид Хьюбел и Торстен Визел, за что позже получили Нобелевскую премию. Их работы доказали фундаментальный принцип работы мозга: ни одна клетка не делает все сразу, каждая решает свою крошечную задачу.

Особого внимания заслуживает феномен «слепозрения». При повреждении зрительной коры человек перестает осознанно видеть, но сохраняет способность реагировать на движение. Он уворачивается от летящего мяча, хотя уверен, что полностью ослеп. Это объясняется тем, что в мозге существует резервный зрительный путь, который передаeт сигнал в обход коры прямо в подкорковые центры. Эволюция сохранила этот древний канал, потому что он дает выигрыш в скорости. Осознанное зрение анализирует детали, а резервный путь запускает реакцию на опасность еще до того, как включится сознание. 

Височные доли расположены по бокам головы. Они заведуют слухом, речью и памятью. Именно здесь звуковые волны превращаются в осмысленные слова. В левой височной доле у большинства людей находится зона Вернике — центр понимания речи. Если она повреждается, наступает сенсорная афазия. Человек продолжает говорить бегло, но его речь становится бессмысленным набором слов, а обращенные к нему фразы он воспринимает как иностранный язык.

В глубине височной доли спрятан гиппокамп. Он выполняет функцию кнопки «сохранить». Без него информация не переходит из кратковременной памяти в долговременную. Самый известный случай в истории нейронауки — пациент Генри Молисон.

После удаления гиппокампа он навсегда застрял в настоящем моменте и не мог запомнить ничего нового. При этом его старые воспоминания остались нетронутыми. Этот факт привел ученых к выводу, что память не хранится в одном месте. Гиппокамп нужен именно для первичной консолидации, а затем воспоминания распределяются по всей коре.

В затылочной части, под большими полушариями, прячется мозжечок. Он содержит около шестидесяти девяти миллиардов нейронов, что значительно больше, чем вся кора мозга. При этом он почти не участвует в сознательном мышлении.

Его задача — автоматизировать движения и следить за равновесием. Когда человек учится новому навыку, работает лобная доля, тратится много энергии и внимания. Как только навык закреплен, управление передается мозжечку. Он выполняет ту же работу быстрее, точнее и с минимальными затратами глюкозы.

Любая сложная функция является результатом работы целого механизма операций. Простое действие задействует сразу несколько отделов. Затылочная доля опознает силуэт. Височная доля достаeт из памяти необходимое слово. Миндалина добавляет эмоциональную окраску и предвкушение. Лобная доля принимает решение и отдает приказ моторной коре. Мозжечок же шлифует траекторию. И весь этот процесс занимает лишь доли секунды.

Принцип распределенной обработки подтверждается не только анатомией, но и прямыми экспериментами. Когда нейробиологи временно подавляли активность одного участка коры с помощью магнитной стимуляции, соседние зоны брали на себя часть функций. А мозг, в свою очередь, перераспределял нагрузку в реальном времени.