Как сообщаются друг с другом нервные клетки
Серая, мягкая, комковатая масса, которую представляет собой человеческий мозг, совершенно справедливо считается самым сложным образованием во Вселенной. В нашем мозгу содержится около 100 миллиардов нервных клеток, которые также называют нейронами, и еще большее число клеток, которые обеспечивают их деятельность. То, что вся эта масса клеток позволяет нам мыслить и чувствовать, представляется почти невероятным. Все, что мы делаем, определяется этим невообразимо сложным сообществом нервных клеток. Однако для нас по-прежнему во многом загадка то, как именно они сообщаются друг с другом, чтобы мы могли думать и испытывать ощущения, сознавать, что мы делаем, или хотя бы идти и одновременно думать о чем-то.
Любые наши действия осуществляются благодаря сигналам, которыми обмениваются друг с другом нервные клетки. Длинные отростки нервных клеток часто собираются вместе в общие пучки. Каждый такой пучок в просторечии называется нервом — он может достигать относительно большого размера. В дополнение к собственно нервным клеткам в нашем мозгу есть немало клеток, известных под названием глиальных. Их функция заключается не в передаче сигналов, а в обеспечении изоляции нервных волокон, в питании нервных клеток и удалении отходов их жизнедеятельности.
Нервные клетки сообщаются друг с другом, а также посылают сигналы через длинные нервные окончания, которые заставляют наши мускулы сокращаться. Одной из основных функций нашего мозга и причиной его возникновения с эволюционной точки зрения является контроль за сокращением наших мускулов. Благодаря этому мозговому контролю мы и способны двигаться.
|
|
С учетом неимоверной сложности всех нервных соединений в мозгу неизбежно встает вопрос: каким образом создаются все эти связи и соединения в период формирования мозга? Хорошим вопросом является и то, насколько глубоко определяются уникальные отличия одних нервов от других в ходе развития эмбриона. На самом деле различные комбинации из всего 37 генов могли бы в принципе определить уникальный характер каждого из миллиардов нервов в мозгу. Однако каким именно образом это гигантское сообщество нервных клеток, сообщаясь друг с другом, способно породить наши мысли, эмоции, движения и само сознание, до сих пор остается загадкой.
Главная обязанность нервных клеток — быстро передавать сигналы другим клеткам, в первую очередь — соседним нервным клеткам и клеткам мускулов. Весьма важны нервы, которые переносят информацию из различных частей тела в мозг, благодаря чему мы чувствуем то, что происходит вокруг нас. Другие нервы позволяют нам осязать, ощущать боль (и, значит, помогают устранить болезнь — причину боли), видеть, различать запахи и температуру окружающей среды, — словом, они поставляют нам самую разнообразную информацию.
Каждая нервная клетка имеет область, в которой находится ее ядро с генами и митохондриями. В этой области происходит синтез белков, и от нее отходят длинные тонкие ответвления. Одно из таких ответвлений, особенно длинное, — так называемый аксон, который передает сигналы другим нервным клеткам и расположенным на значительном удалении мускулам. Аксоны, отходящие от нервных клеток, часто связаны в пучки — нервы. Аксон, будучи лишь одну сотую миллиметра в диаметре, может достигать одного метра в длину. Таковы аксоны, идущие от спинного мозга к мускулам рук и ног. На конце аксон может разветвляться, и таким образом сигнал от него поступает одновременно сразу нескольким нервам и мускулам. Волокна аксонов окружены оболочкой из особых изолирующих клеток, которые позволяют сигналу быстрее проходить через нерв. Утрата изолирующих клеток приводит к рассеянному склерозу.
|
|
Из области нервной клетки, где расположено ее ядро, исходит также множество более мелких отростков, называемых дендритами; именно они принимают сигналы от других нервов. В человеческом мозгу одна нервная клетка может иметь до 100 тысяч дендритов. Зона контакта двух нервных клеток называется синапсом — и таких зон у каждой клетки от 5 до 299 тысяч. Многочисленные связи и соединения огромного количества различных нервных клеток делают наш мозг чрезвычайно сложной структурой. Чтобы окончательно понять, каким именно образом он функционирует, ученым еще потребуется провести гигантское число исследований и, наверное, огромное время.
Все нервные клетки передают сигналы по своим аксонам и дендритам одним и тем же способом — с помощью ионов натрия, генерирующих электрический заряд. Из нервной клетки, находящейся в спокойном состоянии, ионы выводятся постоянно. Если же на оболочку клетки воздействует импульс, приходящий от другой клетки, то ионы, наоборот, возвращаются в нее через открывшиеся поры. Однако нервная клетка никогда не бывает в восторге от поступления в нее дополнительных ионов натрия, и поэтому поры в оболочке быстро закрываются, а ионы начинают откачиваться обратно во внешнюю среду. Все это раз за разом вызывает изменения электрического потенциала внутри нервной клетки и оказывает ключевое воздействие на ее функционирование.
|
|
В прохождении электрического заряда, который называют потенциалом действия, по аксону и заключается механизм передачи сигнала нервной клеткой. Сам сигнал обычно именуют нервным импульсом. И прямо в эту секунду по миллиардам ваших нервных клеток передаются миллиарды нервных импульсов.
Когда нервный импульс достигает конца аксона, то он — в том случае, если здесь, в районе конца аксона, расположена другая нервная клетка, — доходит до синапса. Здесь, между концом аксона и оболочкой принимающей сигнал клетки, есть разрыв, через который электрический сигнал не может пройти. Чтобы преодолеть это препятствие, выбрасывается небольшое количества химических веществ — нейротрансмиттеров, которые создают «мост» между синапсом и оболочкой принимающей сигнал клетки и связываются с расположенными на этой оболочке рецепторами.
Такие нейротрансмиттеры, как адреналин, допамин и серотонин, изменяют электрический потенциал клетки, принявшей сигнал, и тем самым побуждают ее передать его дальше. Таким образом электрический импульс преобразуется в химический сигнал, который затем вновь преобразуется в электрический импульс.
Подобные события в области синапсов — это основа взаимодействия нервных клеток в нашем мозгу. Одна нервная клетка, как уже говорилось, может иметь тысячи синапсов, благодаря которым она связана с другими нервными клетками, и все вместе они определяют, станет ли эта нервная клетка источником нервного импульса и будет ли она передавать его дальше.
Сходным образом передаются сигналы мускульным клеткам, что вызывает сокращения скелетных мускулов и приводит к движениям наших тел. Мускульные клетки могут быть чрезвычайно большими, если сравнивать их размеры с размерами других клеток; они имеют волокнистую структуру и достигают в длину нескольких сантиметров. Это не совсем обычные клетки — они представляют собой соединение множества клеток, слившихся вместе, и поэтому имеют много ядер. Впрочем, есть и другие мускульные клетки — например, мышечные клетки сердца — одноядерные и небольшие по своим размерам. Однако все мускульные клетки, какими бы они ни были, сокращаются благодаря тому, что содержащиеся в них белки актин и миозин скользят относительно друг друга. Инициирует сокращение особое химическое вещество, которое выбрасывается в расположенном на конце мускульного нерва особом месте, подобном синапсу. Выброс этого химического вещества вызывает, по цепочке, изменение электрического заряда в оболочке мускульной клетки, высвобождение в клетке ионов кальция, изменение состояния миозина, вследствие чего он взаимодействует с актином, — и, наконец, происходит сокращение мышц.
Мой коллега Джеффри Бернсток поставил перед собой задачу узнать, как нервы вызывают непроизвольные сокращения гладкой мускулатуры — например, мускулатуры стенок кишечника. Считалось, что этот процесс сходен с процессом произвольных сокращений обычной мускулатуры, тех же мышц рук и ног, — нерв проводит электрический импульс, который вызывает выброс нейротрансмиттера, а тот связывается с оболочкой мускульной клетки и активирует ее. Бернсток разработал метод, с помощью которого он мог регистрировать электрическую активность гладкой мускулатуры, и обнаружил, что блокирование всех известных нейротрансмиттеров не мешало нервам активировать мускулатуру стенок кишечника. Значит, активировало ее что-то доселе неизвестное.
Чтобы определить это вещество, Бернсток проводил эксперимент за экспериментом и наконец сделал в 1970 году фундаментальное открытие: в роли нейротрансмиттера в данном случае выступает молекула АТФ, которую используют все клетки в качестве основного источника энергии. Лишь немногие ученые признали его открытие, большинство же исследователей подняло его на смех, однако время показало, что Бернсток прав. Ни много ни мало, но сделанное им открытие имеет важное значение для лечения целого ряда заболеваний, включая рак, цистит, мигрень.
Основная функция нервных клеток заключается в том, чтобы обработать информацию, поступающую как извне, так и изнутри нашего тела, и затем передать необходимые сигналы мускулам, с тем чтобы вызвать соответствующие моторные реакции. Все это осуществляется благодаря особым группам взаимосвязанных нервов, которые расположены в головном и спинном мозге. Ярким примером действия этих нервов является коленный рефлекс — когда доктор ударяет молоточком по сухожилию под коленной чашечкой, нога непроизвольно подпрыгивает вверх. Воздействие молоточка вызывает кратковременное напряжение разгибающих мышц ноги, что приводит к передаче соответствующего сигнала нервам, контролирующим сокращение этих мышц. Но одновременно поступают сигналы мышцам, которые должны противодействовать проявлению коленного рефлекса, — так что все не столь просто, как может показаться.
Взаимодействие между нервными клетками сложнее, нежели взаимодействие между нервными клетками и мышцами. С мышцами связан лишь один моторный нерв, и они получают лишь возбуждающие сигналы, которые варьируются по силе. Клетки же центральной нервной системы получают как возбуждающие, так и тормозящие сигналы. Одна нервная клетка в составе спинного мозга получает от других нервных клеток благодаря синапсам сотни и даже тысячи сигналов одновременно. И то, выдаст ли получающая эти сигналы нервная клетка необходимый нервный импульс, зависит от соотношения возбуждающих и тормозящих сигналов. Порой нервной клетке необходимо получить до пятидесяти возбуждающих сигналов для того, чтобы преодолеть тормозящий сигнал и выдать соответствующий импульс.
В нашей коже имеются сенсорные нервные окончания реагирующие на воздействие со стороны окружающей среды. Они воспринимают боль или, скажем, высокую температуру окружающей среды и передают соответствующие сигналы в наш мозг. Наиболее чувствительны подушечки наших пальцев. На прикосновения также реагируют клетки волос. Действие сенсорных нервных окончаний приводит к формированию в мозге человека своеобразной карты, точно отражающей, на какие именно участки кожи приходится воздействие, — ведь прикосновение к гениталиям возбуждает одну часть мозга, а прикосновение к языку — другую. Проводились эксперименты, когда при стимуляции различных зон мозга, отвечающих за формирование осязательных ощущений, испытуемые ощущали прикосновения к различным участкам тела. Тем самым удалось выявить области мозга, от которых зависит реакция на прикосновения к тем или иным частям тела.
Последующие исследования, в ходе которых регистрировалась активность отдельных клеток, выявили области мозга, отвечающие за температурные ощущения в различных частях тела. Благодаря нервным импульсам, которые передаются с поверхности кожи в мозг, мы можем ощутить нежный бриз и избегнуть ожога от контакта с раскаленным предметом. Мы способны ощущать температуры в диапазоне от минус десяти до плюс шестидесяти градусов. Различные клетки-сенсоры, находящиеся в коже, отвечают за передачу данных на нервные окончания. Механизм, позволяющий нам различать тепло и холод, работает благодаря тому, что в зависимости от температуры изменяются каналы прохождения ионов в этих клетках. При этом каждая группа клеток реагирует лишь на узкий диапазон температур. Они с постоянной частотой испускают нервные импульсы в том случае, если температура окружающей среды для них комфортна. Если же температура меняется, скорость передачи нервных импульсов замедляется или ускоряется.
Боль мы ощущаем благодаря рецепторам, которые реагируют на раздражители, потенциально способные нанести вред организму. Одни рецепторы реагируют на химические вещества, которые испускают поврежденные клетки, другие — непосредственно на неблагоприятное механическое воздействие или экстремальные температуры. Необходимость в болевых ощущениях очевидна — боль предупреждает нас о повреждениях, угрожающих телу. Чувство боли передается в мозг с помощью электрических импульсов, проходящих по специальным нервам, в оболочках которых имеются специальные каналы для ионов натрия; эти ионы, собственно, и сигнализируют мозгу о боли. Утрата или повреждение такого канала приводят к неспособности нервов посылать болевые сигналы в мозг, и это может стать фатальным для организма.
Известен случай, когда все члены одной семьи не ощущали боли. Исследования привели ученых к выводу о том, что у них у всех присутствовала мутация одного гена. Она препятствовала поступлению ионов натрия в нервные клетки, которые должны были реагировать на боль и передавать в мозг соответствующий нервный импульс.
Механизм, позволяющий нам видеть, основан на свойствах нашей сетчатки и состоит из двух фаз. Свет, поступающий в глаз, преобразуется в электрические импульсы клетками сетчатки, и эти импульсы передаются через глазные нервы в мозг. В нашей сетчатке представлены клетки-рецепторы двух видов — палочки и колбочки; они действуют соответственно либо ночью, либо днем. Один фотон света может вызвать электрический импульс в палочке, но не в колбочке, которая требует поступления большего количества света для того, чтобы этот импульс сгенерировать. Внешние области палочек и колбочек наполнены светопоглощающими пигментами (фотопигментами), прикрепленными к их оболочкам. Эти пигменты вызывают изменения электрического потенциала по разным сторонам клеточных оболочек, что порождает сигналы, идущие к нервам, связанным с оптическим нервом, в состав которого входят несколько миллионов аксонов. Эти аксоны особым образом связаны с той областью мозга, которая ведает зрением.
В основе цветного зрения лежат три типа колбочек, которые реагируют на свет с разной длиной волны, то есть на цвета. С каждым из этих трех типов связаны особые виды фотопигментов. Отсутствие либо неправильное функционирование колбочек приводит к цветовой слепоте.
Наша способность слышать и воспринимать как сложный музыкальный фрагмент, так и слова из обычного повседневного разговора зависит от слуховых рецепторов в ушах. Звуковые волны заставляют колебаться три мельчайшие косточки в среднем ухе, что, в свою очередь, приводит к колебаниям жидкости, заполняющей внутреннее ухо, и эта жидкость воздействует на тысячи находящихся там волосковых клеток, которые и превращают эти звуковые колебания в нервные импульсы. При этом каждая отдельная волосковая клетка наиболее чувствительна к звуковым колебаниям определенной частоты и реагирует лишь на них. В среднем частотные характеристики воспринимаемых звуковых колебаний двух соседних волосковых клеток отличаются на 0,2 процента. Для сравнения можно сказать, что частотные характеристики двух соседних струн фортепьяно отличаются на целых 6 процентов. Каждая волосковая клетка передает воспринимаемые ею колебания примерно десяти нервным клеткам. Затем вся поступающая информация обрабатывается мозгом. Утрата волосковых клеток либо их неправильное функционирование являются основной причиной потери слуха у человека.
Специалисты, работающие с духами, утверждают, что способны различать до 5 тысяч различных запахов. Клетки, расположенные в носу и во рту, передают эту информацию в мозг. В носу расположены особые нервные клетки с отростками, обращенными в полость носа, которые имеют на конце, как правило, около десяти ресничек. Другой конец этих нервных клеток соединен с нервными волокнами, которые посылают в мозг сигналы о запахах.
Реснички обонятельных клеток носа имеют рецепторы, способные выявлять запахи, — всего таких рецепторов около тысячи. Когда молекула запаха связывается с рецептором, это инициирует нервный импульс, который идет в мозг. Нервные клетки, которые опознают запахи, обновляются примерно на один процент в сутки. Они позволяют человеку распознавать до 10 тысяч различных запахов. А те, кто обладает особыми способностями на этот счет, различают до 50 тысяч запахов. В этой связи неудивительно, что около трех процентов наших генов обслуживают обонятельные клетки. Но все равно — собаки распознают запахи в десять раз лучше людей.
Вкус еды и питья определяется при помощи клеток, расположенных на языке и в ротовой полости. Дегустаторы способны различать более ста различных вкусов. Обычным же людям легче всего даются четыре основных вкуса: горький, соленый, кислый и сладкий. Нервные клетки, заведующие вкусом, отличаются от других нервных клеток тем, что живут очень недолго — они постоянно обновляются.
Почти все нервные клетки расположены в головном и спинном мозге. Как мы уже знаем, спинной мозг развивается из нервной трубки эмбриона; во время этого процесса часть клеток в трубке превращается в моторные нервы, которым предназначено доносить импульсы до мышц нашего тела, и сенсорные нервы, которые будут приносить информацию со всей поверхностности нашего тела. Те клетки, которым суждено сформировать нервы, возникают в результате деления стволовых клеток. Повторяющиеся циклы деления и миграция вновь образованных нервных клеток во время развития эмбриона приводят к формированию слоев нервов в спинном мозге.
В ходе дальнейшего формирования нервов определяется, куда они протянут свои аксоны и с какими клетками произойдет их соединение. Данные обстоятельства обусловливаются расположением клеток. Считается, например, что там, где высока концентрация нашего старого приятеля «Акустического ежа», развиваются моторные нервные клетки. Вероятно, расположенные вдоль оси нервной трубки клетки обмениваются информацией для того, чтобы обеспечить максимальную точность в выборе своих позиций. В результате одни моторные нервы протягивают свои аксоны к мышцам на внешней стороне конечностей, а другие — к мышцам на внутренней стороне.
Чтобы нервы смогли дотянуться до своих конечных целей во время развития эмбриона, крайне важна правильная ориентация растущего аксона. Еще на ранней стадии развития нервной клетки на кончике аксона формируется бугорок роста. Он направляет движение растущего аксона и тянет его за собой: подобно клетке, мигрирующей в пределах организма, он постоянно выбрасывает вперед тонкие, похожие на пальцы отростки; они прикрепляются к той поверхности, над которой движется бугорок роста, и затем сокращаются. Выбрасывание и последующее сокращение этих отростков тянет бугорок роста вместе с растущим аксоном вперед. Эти отростки ощупывают окружающую среду и определяют, в какую именно сторону следует направиться растущему аксону. Направление движения бугорка роста определяется молекулами, испускаемыми поверхностью тех клеток, над которыми он проходит. Одни молекулы «отталкивают» его, другие, наоборот, «притягивают».
Как иллюстрацию к сказанному можно рассмотреть то, как оптический нерв, исходящий из сетчатки глаза, устанавливает необходимые соединения с соответствующими долями головного мозга. Этот механизм изучен на примере лягушек, однако те же самые принципы задействованы и в человеческом организме. Светочувствительные клетки сетчатки активируют нервы, которые образуют оптический нерв, и нервы из правого глаза протягиваются в левое полушарие мозга, в то время как нервы из левого глаза устанавливают соединение с нервными клетками правого полушария. Существует абсолютно точное соответствие между отдельными областями сетчатки и соответствующими им зонами головного мозга. Во время экспериментов на лягушках в случае, если оптический нерв перерезали и глаз лягушки поворачивали на 180 градусов так, что он оказывался направленным вниз, аксоны вырастали вновь и устанавливали прежний контакт с соответствующими им зонами головного мозга. Однако в этом случае взгляд лягушки был «повернут» на 180 градусов: когда лягушка хотела схватить муху, она совершала движение головой в противоположном от нее направлении.
Механизм, позволяющий нервам правильно соединяться с другими нервами и с соответствующими клетками головного мозга, работает благодаря особым молекулам на поверхности оболочки бугорка роста и их взаимодействию с молекулами, находящимися на оболочках тех клеток, с которыми движущийся вперед бугорок роста вступает в контакт. В настоящее время исследователи полагают, что и аксоны оптического нерва, и клетки головного мозга имеют характерные для них позиционные значения, которые позволяют им устанавливать правильные контакты. Это позволяет бугорку роста оптического нерва при движении по поверхности клеток мозга выбирать соответствующую ему клетку, с которой устанавливается контакт через синапс. Когда же движущиеся вперед аксоны пытаются установить контакт с клеткой, которая им не предназначена, то происходит реакция отторжения и они вынуждены двигаться дальше.
В ходе развития нервной системы многие клетки погибают и отмирают. В районе формирования растущей конечности образуется до 20 тысяч моторных нервов, однако затем половина из них исчезает. Перспективы дальнейшего существования нервов зависят от того, установят они контакт с мышечными клетками или нет. И даже если им удастся установить такой контакт, то в конечном счете из всех нервов, установивших контакт с мышцей, выживет лишь один — он и станет рабочим. Нервы соревнуются друг с другом, чтобы сохранить себе жизнь, и в результате контакт с мышцей устанавливает самый сильный из них. Соответственно и передаваемый по нему нервный импульс будет самым сильным. То, что аксоны обязательно находят надлежащие мышечные клетки, наглядно иллюстрируется экспериментом, во время которого часть спинного мозга переворачивается нижней стороной вверх: хотя теперь аксоны входят в конечность совсем не там, где должны, они все равно находят соответствующие им мышцы.
Возвращаясь к головному мозгу, следует отметить одно поразительное обстоятельство: несмотря на различие тех функций, которые выполняют разные участки мозга, нервные клетки, из которых они состоят, в своей основе одинаковы. Одна зона мозга отличается от другой прежде всего количеством нервных клеток и тем, как они соединены друг с другом. Именно соединение клеток придает им особое качество и определяет чрезвычайно сложную структуру мозга. Кроме того, в любой, даже небольшой, размером с песчинку, области нашего мозга содержатся тысячи миллионов синапсов. А сколько всего таких «песчинок» содержится в нашем мозгу…
Нам вряд ли удастся когда-либо понять работу мозга, если мы не найдем какие-то новые подходы. Ведь сейчас мы даже толком не понимаем в принципе простые схемы взаимодействия нейронов. Что же тогда говорить о миллиардах синапсов, от которых зависит сама наша человеческая сущность? Этот механизм характеризуется сложностью, возведенной в высочайшую степень сложности.
Существуют две накладывающиеся друг на друга стадии, от которых зависит, как наши нервы будут взаимодействовать друг с другом — а значит, и то, как мы будем мыслить, учиться, чувствовать и запоминать. Первая стадия приходится на период эмбрионального развития и проходит в основном под контролем генов. Во время же второй стадии идет тонкая настройка системы, и основой ее служит приобретаемый человеком опыт. Наша память сохраняется в связанных друг с другом в мозгу сообществах нервных клеток, которые также отвечают за наши способности к обучению.
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.