Книга: Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката

От разума к сознанию

От разума к сознанию

Теперь мы сталкиваемся с фундаментальным вопросом: каким образом этот метафорический камень, который только что был брошен, выборочно затрагивает обычно неактивные области, чтобы генерировать гораздо более обширный, пусть и временный, ансамбль? Причина чрезвычайной сложности этого вопроса заключается в том, что теперь нам необходимо отступить в сторону от знакомых нам механизмов пластичности и увидеть, как должна распространяться наша метафорическая рябь, чтобы коррелировать с разной глубиной сознания.

Ответ заключается в эффектах мощных модулирующих химических веществ, воздействующих на определенные клетки мозга в соответствии с различными уровнями возбуждения. Они модулируют реакцию окружающих клеток на возбуждающий сигнал, определяя их участие в ответной реакции (создавая рябь). В свою очередь, то, с какой легкостью те или иные клетки временно «завербовываются» для совместной работы, будет зависеть от типа воздействующих в данный момент химических веществ и преобладающего уровня возбуждения: это еще один фактор в формировании нейронных ансамблей. Переменная доступность этих модуляторов будет аналогична варьированию глубины и чистоты лужи, которая, будучи грязной и заросшей водорослями, окажется менее эффективной средой для распространения ряби, чем если бы это была свежая дождевая вода.

Таким образом, глубина сознания в любой момент будет продуктом: 1) внешней сенсорной активации (силы броска); 2) индивидуальной значимости (размера камня), что, в свою очередь, выражается в длительности прочной связи между нейронами, а также 3) общих уровней возбуждения, обусловленных воздействием модуляторов. Если это действительно так, то, изменяя значения этих параметров, можно наблюдать за изменениями в сознании.

Возьмем сценарий, в котором камень окажется относительно небольшим по размеру. Как и в случае с будильником, внешней сенсорной стимуляции должно быть достаточно, чтобы активировать ансамбль, хотя и относительно небольшой. Представьте себе, например, что вы танцуете в клубе на Ибице, вас обволакивает навязчивый ритм музыки и фантасмагорические вспышки света. Ваш тщательно отобранный индивидуальный опыт оказывается ни актуальным, ни необходимым. Вы как бы «растворяетесь» в музыке и свете. Другой способ отключить свои нейронные связи – прибегнуть к психоактивным веществам, которые снижают эффективность синаптической передачи.

Для многих быстрый путь к удовольствию – это алкоголь, при употреблении которого так же уменьшаются размеры нейронных ансамблей. Алкоголь жирорастворим, а это означает, что он легко преодолевает гематоэнцефалический барьер, отделяющий мозг от общей циркуляции жидкостей, и быстро проникает в мозг, что влияет на выработку гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).[134] ГАМК будет инициировать приток в нейроны отрицательно заряженных ионов хлора, делая внутреннюю поверхность клеточных мембран соответственно более отрицательно заряженной (гиперполяризованной): это означает, что снижается способность клеток генерировать потенциалы действия.[135]

Третий вариант – это такой «сенсационный» опыт, когда внешние стимулы наводняют ваш мозг. Для этого подойдет серфинг, прыжок с парашютом, спуск на горных лыжах и т. п. Стимуляция может быть чрезвычайно яркой, неестественно шумной, события будут быстро сменять друг друга, что спровоцирует залп конкурирующих ансамблей, которые окажутся недостаточно обширными и стабильными, чтобы их можно было успешно обработать.

Многие занятия, связанные со скоростью, ритмом и т. п., кажутся нам приятными. Возможно, мы могли бы развить эту мысль, взглянув на химический ландшафт мозга и начав с известного передатчика – дофамина. Дофамин прежде фигурировал только как часть общего химического каскада реакций в мозге, где он тесно связан с другими передатчиками (норадреналином и серотонином), но теперь стоит уделить ему больше внимания.

Высвобождение дофамина в мозге принято связывать с ощущением удовольствия, с тех пор как проведенные в 1950-е годы эксперименты показали, что крысы, в чей мозг были имплантированы электроды в тех участках, где дофамин выделяется в больших объемах, стремились к получению электрической стимуляции. Кроме того, все рекреационные наркотики имеют общий принцип действия: они вызывают высвобождение дофамина. Повышение уровня дофамина связано с повышенным возбуждением: достаточно вспомнить интенсивный стимулирующий эффект амфетамина.

Итак, если дофамин связан с ощущением удовольствия и если малый размер нейронных ансамблей так же является характерной чертой приятного опыта, то можно предположить, что дофамин уменьшает размер ансамблей. Собственно, именно это и показали некоторые наши эксперименты. Апоморфин, препарат, который действует как аналог дофамина, оказывает явное влияние (рис. 5) как на размер, так и на длительность активности в коре головного мозга крысы.

Но высокий уровень дофамина не всегда является предвестником удовольствия: он также может играть роль в переживании страха. Возьмите шизофрению – сложное психическое расстройство, для которого характерен повышенный уровень дофамина. Никто не утверждает, что шизофрения – это весело. Но согласитесь, дикая и странноватая радость может сопутствовать страху: игра в «ку-ку» может напугать малыша, а сильный испуг даже у взрослого способен вызвать приступ смеха. Но как могут такие полярные противоположности так легко перетекать друг в друга?[136]

Рис. 5. Нейронный ансамбль, сгенерированный в срезе участка коры мозга крысы, и его изменения во времени. Обратите внимание на снижение интенсивности, а также на значительно более короткую продолжительность активности после применения апоморфина (внизу) (Badin&Greenfield, неопубликованное)[137]

Возможно, удовольствие превращается в страх, когда мы не знаем, что будет дальше. Этот переход от удовольствия к страху может фактически сводиться к колебаниям уровней дофамина, приводящим к противоположным эффектам, определяющим участие тех или иных нейронов в потенциальном ансамбле.[138]

Однако удовольствие и его корреляция с размерами ансамблей едва ли могут зависеть исключительно от уровня одного лишь дофамина. Мы видели ранее, что анестезирующие средства также уменьшают размеры ансамблей, и их действие – это поэтапный процесс, один из которых – бред, наступающий, когда анестезия отчасти вступает в силу и размеры ансамблей уже уменьшаются. Анестетики в дозах, слишком низких для достижения полной потери сознания, традиционно использовались для получения удовольствия. Раньше такой анестетик, как диэтиловый эфир, массово применяли те, кто никоим образом не стремился к потере сознания. Аналогичным образом, закись азота использовалась в качестве рекреационного наркотика на вечеринках девятнадцатого века. Некоторые участники становились мечтательными и умиротворенными, в то время как у других возникали приступы смеха и эйфория. Теперь закись азота снова возвращается в Великобританию в качестве рекреационного наркотика, не включенного в перечень запрещенных веществ. Как правило, этот газ вдыхают порционно из черных воздушных шаров. По понятным причинам это вызывает беспокойство властей.[139]

Наверное, вы не раз слышали об эндорфинах. Эти природные опиаты оказывают эффект ингибирования активности нейронов и, следовательно, так же уменьшают размер нейронных ансамблей.[140] Оказывается, что даже быстрая ходьба может стимулировать нейрогенез,[141] в результате чего стволовые клетки – универсальные заготовки, способные превращаться в разнообразные типы клеток, начинают трансформироваться в нейроны и стимулировать выделение химических веществ, способствующих росту клеток. И это еще не все. В то время как энергичная физическая активность увеличивает производство клеток мозга, дополнительная стимуляция обогащенной среды повышает стабильность нейронных связей.[142]

Как мы видели, окружающая среда способна влиять на мышление. Представим теперь, что может происходить обратное, и процесс мышления окажет влияние на сам физический мозг. Вспомните, как воображаемая игра на фортепиано отразилась на результатах сканирования мозга. Подобные результаты можно увидеть в эксперименте Фреда Гейджа, профессора лаборатории генетики калифорнийского Института Солка. Но помимо прочего Гейдж доказал, что для достижения этого эффекта упражнения должны быть добровольными.[143] Крысы должны активно интересоваться игрой.[144]

Интересно, что только когда крысы занимаются добровольной физической активностью, вступают в силу важные физиологические факторы: главный из них – отсутствие стресса,[145] что обеспечивает низкий уровень связанных с ним гормонов, в частности кортизола.[146] Исследования доказывают, что регулярное добровольное упражнение предотвращает связанные со стрессом заболевания и улучшает познавательную функцию у мышей.[147] Хотя мы все еще не можем отследить, как именно отсутствие одного набора химических веществ приводит к состоянию, благоприятному для нейрогенеза. Тем не менее еще одна, действительно увлекательная подсказка заключается в том, что процесс сопровождается определенным паттерном волн – тета-ритмом,[148] который также возникает у человека в моменты концентрации внимания.[149]

Но мы слишком углубились в тонкие материи. Давайте посмотрим на проблему немного под другим углом. На этот раз мы не будем думать о сознании как о механизме адаптации, а сосредоточимся на самих нейронных ансамблях. Охватывая множество связей и настраивая их для согласованной работы, они приводят к широкомасштабной активации, что является одной из их определяющих особенностей. Это, в свою очередь, позволяет значительно повысить адаптивные возможности мозга, а не только лишь сгенерировать небольшой локальный ответ, который возник бы и при отсутствии крупных ансамблей. И будь это так, это означало бы следующее: если нейронные ансамбли действительно коррелируют с сознанием, то, обладая сознанием, мозг становится гораздо более адаптированным к окружающей среде. И это будет означать, что животные, обладающие наиболее глубоким сознанием, имеют наибольшие перспективы в плане выживания. Это интуитивно понятно: просто взгляните на нас, людей, на то, как мы адаптируемся и меняем среду вокруг себя сообразно своим потребностям, обладая, безусловно, самым глубоким сознанием среди всех видов.