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

Мозг и тело

Мозг и тело

Существенный и основной факт, который мы до сих пор игнорировали, заключается в том, что мозг существует внутри тела – он не плавает свободно в каком-то сюрреалистическом пространстве, как иногда представляют себе философы.[334] Нервная система постоянно взаимодействует с иммунной и эндокринной системами, в противном случае не существовало бы эффекта плацебо, влияния гормонов одновременно на физическое и психическое состояние. Любая реалистическая теория сознания, основанная на физиологических предпосылках, должна учитывать это взаимодействие.

Следующая сложность заключается в том, как мозг осуществляет тонкое и многостороннее управление огромным количеством различных процессов, протекающих в теле.

Какой бы сигнал он ни посылал в ту или иную часть тела, этот сигнал должен отражать не только размер нейронного ансамбля, но и характер его внутренней активности, продолжительность временного окна и информацию о месте его возникновения. Эта проблема решается путем учета различных и сильно изменяющихся факторов. Их соотношения всегда уникальны: это означает, что, в отличие от тех или иных анатомических областей мозга и их электрической сигнатуры, каждый ансамбль будет уникальным, что дает ему неоспоримое преимущество по сравнению с другими претендентами на роль нейронального коррелята сознания (см. главу 1). Но если это так, теперь необходимо доставить этот комбинированный пакет качественной и количественной информации таким образом, чтобы он мог оказывать влияние на участок периферической нервной системы, соответствующий тому или иному органу – скажем, кишечнику, – а также на другие крупные системы (автономную нервную, эндокринную и иммунную). Должно существовать некое системное сопряжение, обеспечивающее прямую и обратную связь между периферическими органами и мозгом.[335]

К счастью, существуют идеальные посредники: молекулы пептидов. Пептиды состоят из тех же строительных блоков (аминокислот), что и белки, но отличаются от них по размеру – они могут быть намного меньше. Сам термин происходит от греческого слова pept?s – «питательный», поскольку эти молекулы уже давно ассоциируются с кишечником, хотя, как выяснилось, могут также функционировать в качестве эффективных передатчиков в мозге. Фактически кишечники мозг, кажется, находятся в тесном диалоге, что невольно отражается во фразе «чувствовать нутром».[336] Клетки кишечника способны выделять пептиды, которые в интересующем нас случае действуют как гормоны, которые влияют не только на местное пищеварение, но и на периферические нервы, посылая сигналы в спинной мозг. Поразительно, что они могут оказывать значительное влияние на мозговые процессы, лежащие в основе памяти и эмоций, воздействуя на широкий спектр областей мозга.[337] Но, разумеется, не только кишечник способен общаться с мозгом при помощи этих услужливых и универсальных лазутчиков: например, пептид, вызывающий повышение артериального давления, – ангиотензин – продуцируется почками, но также может оказывать влияние на сложные функции мозга, такие как обучаемость.

Пожалуй, самым известным случаем интимного взаимодействия между различными системами организма является процесс, сопряженный со стрессом. Он начинается с выделения специализированного гормона (кортикотропин-высвобождающего гормона) и передатчика (норадреналина), который, помимо прочего, борется с воспалениями, вызванными повреждением ткани. Этот процесс может быть замешан в более продолжительных психологических состояниях: например, долгосрочная активация этой системы иногда приводит к депрессии. Широкий спектр нарушений, от воспалительных заболеваний вроде ревматоидного артрита до менее очевидных психических проблем, возникает, когда в трехстороннем союзе эндокринной, иммунной и нервной систем происходит сбой.

Хотя мы еще не имеем представления, как она устроена, но точно знаем, что такая трехсторонняя связь существует. Например, депрессия увеличивает риск различных заболеваний вследствие нарушений работы иммунной системы. В исследовании, длившемся более двадцати лет с участием двух тысяч американцев средней возрастной категории, было выявлено, что депрессия в два раза увеличивает риск развития раковых заболеваний независимо от других факторов, таких как курение или семейный анамнез.[338]

В еще одном эксперименте, уже на крысах, сладкий вкус сам по себе стал оказывать тот же эффект, что и иммуносупрессант, изначально добавляемый в сладкую пищу. Сформировался парадоксальный пищевой стимул: иммунная система крыс подавлялась не самим препаратом, а простой ассоциацией эффектов препарата со сладким вкусом.[339]

Совершенно очевидно, что определенная выученная ассоциация, например сладкий вкус, может спровоцировать каскад таких веществ, как пептиды, которые влияют и на мозг, и на иммунную систему. Но остается загвоздка: как происходит такое взаимодействие? Маловероятно, что локальные выбросы определенных веществ возникали беспорядочно без учета состояния организма в целом. Такой сценарий породил бы настоящий хаос…

Помимо выполнения целого ряда функций вне мозга, пептиды могут работать внутри мозга как полноценные нейротрансмиттеры. Энкефалин, например, является аналогом морфина и несет функцию облегчения боли. Однако примечательное общее свойство почти всех пептидов в центральной нервной системе заключается в том, что они часто нацелены на тот же нейрон, что и другой передатчик.[340] Так, дофаминергические клетки могут быть столь же восприимчивы к энкефалину.[341] Почему природа перегружает нейрон двумя разными типами рецепторов, если оба передатчика выполняют одну и ту же функцию?

Но предположим, что это не так. Пептиды выборочно высвобождаются на определенных участках и только при определенных условиях: активность клетки должна быть выше и продолжительнее обычного. Поскольку в мозге насчитывается около сотни различных пептидов,[342] отличающихся по количеству и химическим свойствам, мозг имеет в своем распоряжении мощный дополнительный инструмент. Цифровой параметр «все или ничего» теперь можно разумно преобразовать в аналоговый. Поэтому, возможно, нет ничего нелепого и экстравагантного в том, что два типа молекул нацелены на один нейрон: классический передатчик работает на локальном, кратковременном уровне, в то время как пептидный функционирует на больших временных и пространственных масштабах.

Мы знаем, что одно из основных свойств нейронных ансамблей заключается в их продолжительной активности, обычно в сотни раз превышающей продолжительность единичного потенциала действия (ПД). Из этого следует, что ансамбли создают идеальные условия для освобождения пептидов, сообщая другим нейронным группам и телу, что возникла значимая активность, а не только одна или две изолированных вспышки. Более того, эта информация не будет простым тумблером. Дополнительный качественный фактор – химическая идентичность выделяемого пептида – может дать развернутую информацию о конкретном нейронном ансамбле вкупе с: 1) уровнями высвобождаемых веществ, 2) продолжительностью релиза (высвобождения) и 3) конкретным сочетанием различных пептидов, которое, в свою очередь, дает представление о размере и даже анатомическом происхождении ансамбля, поскольку разные области мозга будут иметь разные пептидные сигнатуры. В свою очередь, эти функции отражают и считывают разнообразную функциональную информацию, будь то возбуждение, пластичность (запоминание), сенсорное раздражение или внутренний сигнал (голод, боль и т. д.).

Повторим еще раз: при генерации нейронного ансамбля разнообразные факторы будут дифференциально определять конечный размер (силу ряби), который уже определяется степенью сенсорной стимуляции (силой броска камня), характером когнитивных ассоциаций (размером камня), химическим ландшафтом (вязкостью водоема) и взаимодействием конкурирующих, вновь возникающих ансамблей (частотой последующих бросков). Все эти факторы, как мы видели неоднократно в разных ситуациях в течение дня, определяют уникальные свойства каждого нейронного ансамбля.

Упрощенная схема того, как мозг и тело могут взаимодействовать посредством ансамблей, показана на рис. 6, и сама по себе неизбежно порождает еще много вопросов. Но чего же следует ждать от завтрашнего дня?..

Рис. 6. Возможный механизм формирования сознания. Два набора концентрических кругов представляют собой два временных нейронных ансамбля, охватывающих десятки миллионов клеток мозга: самый крупный ансамбль будет доминировать и определять текущий момент сознания. Степень его охвата и, следовательно, степень сознания будет определяться множеством факторов, таких как сила сенсорных входов, ранее существовавшие связи (ассоциации) и степень конкуренции с вновь формирующимися ансамблями. Внутри ансамбля будут высвобождаться пептидные передатчики. Тип, количество и концентрация этих химических веществ являются уникальной сигнатурой данного нейронного ансамбля и передают эту информацию другим системам организма через кровеносную систему. В свою очередь, химические вещества, высвобождаемые под контролем иммунной системы и жизненно важных органов, влияют на характер нейронных ансамблей. Такие вещества, как гормоны и амины, высвобождаются в ответ на возбуждение. Следовательно, сознание зависит от сплоченности всего организма