ЛЮДИНА І МОЗОК: Сучасні підходи до вивчення діяльності мозку

Наявність розуму є принциповою відмінністю людини від решти тварин. З погляду еволюційної теорії, розум виник при поступовому розвитку і вдосконаленні головного мозку. Оскільки всі досягнення людства (мистецтво, політика, економіка, техніка) існують завдяки розуму, то можуть розглядатися як результат біологічної еволюції. Це, крім іншого, означає, що вони адаптовані для того, щоб людина знаходилася в їх оточенні.

З іншого боку, на всі продукти цивілізації накладені обмеження, пов'язані з обмеженнями функціональності мозку. Наприклад, наш мозок не здатний отримувати і обробляти інформації більше певного об'єму, швидкість його роботи також обмежена. Бувають ситуації, коли необхідно запам'ятати великий об'єм інформації. Це відбувається, наприклад, коли студенти готуються до іспиту. Кому не хотілося вивчити все і відразу. Нарешті, ми не відчуваємо багатьох різних полів, не здатні бачити події, що відбуваються в діапазонах мілісекунд, слух і зір обмежені вузькими діапазонами частот.

Зрозуміти, як працює мозок, - означає відкрити секрет успіху в багатьох галузях життєдіяльності людини. Це знання не тільки виведе нас на прямий шлях до створення штучного інтелекту і лікування нервових хвороб, але і дасть можливість удосконалити те, що дала нам природа. Чом би не оснастити наш мозок чутливішими аналізаторами, поліпшити обробку інформації, збільшити можливості пам'яті і т.д.

Такі спроби робилися людством з незапам'ятних часів і привели до усвідомлення цілого ряду технічних пристосувань. За допомогою бінокля, мікроскопа або радіотелескопу ми можемо бачити те, що не дозволяє нам бачити наш зір, вимірювати поля за допомогою точних приладів, зберігати інформацію в пам'яті комп'ютера. Але що робити, якщо ми хочемо отримувати ще більше від технічних засобів. Ось тоді обмеження нашого мозку вступають у силу.

Потрібно чітко визначити, що ховається за словом “поліпшити” наш мозок. Це зовсім не означає, що запам'ятовувати все підряд, все чути і бачити буде на користь людині. Непотрібна або негативна інформація, швидше за все, буде на шкоду і негативно позначиться на психіці. При цьому ми підходимо до думки про те, що поводитися з мозком потрібно обережно. Поліпшити мозок - означає примусити його ефективніше працювати на користь людини. Відчувати, запам'ятовувати і осмислювати лише те і так, як ми цього хочемо самі.

Не варто забувати, що будь-яке знання може бути використане як на користь, так і може зашкодити. Відкриття таємниць мозку дає певну владу тому, хто ними володітиме. Можливість впливу на людину, на його рішення, думки, вчинки буде сильніше за атомну зброю. У новий вік, в якому особливу увагу отримають науки про людину, проблема наукової етики може постати і перед вченими, що досліджують мозок, як колись вона стояла перед фізиками-ядерниками. І тут дуже важливо пам'ятати про відповідальність вчених за свої відкриття.

Зараз такі міркування скоріше належать до фантастики, але, як показує історія, навіть найнеймовірніші і найфантастичніші прогнози іноді збуваються. Проте, в даному випадку на шляху досліджень стоїть принципова дилема. Вона виникає з питання про те, чи може система пізнати саму себе, або для цього потрібна система більш організована?

Залишивши філософські міркування про пізнання мозку, давайте подивимося, як просувається справа з його дослідженням на даний момент. Можна сказати, що ми дещо знаємо про мозок. Добре вивчена анатомія цього органу, клітинний склад. Визначені основні сигнальні шляхи між його структурами. Зрозуміло, як виникає електрична активність і як вона передається від клітини до клітини. Але ми не знаємо головного - як працює система в цілому.

Вивчення мозку виявилось неможливим без залучення різних наук. У англійській мові для позначення науки про мозок використовується слово - "neuroscience", яке дослівно перекладається як "нейронаука". Це відображає той факт, що дослідженням мозку займаються не тільки біологи і медики, але й, наприклад, фізики, математики. Системний підхід, з одного боку, допомагає краще вирішити поставлене завдання, з іншою, є джерелом розбіжностей. Фахівці в різних царинах говорять різними науковими мовами і деколи насилу розуміють один одного.

Тут буде доречно пригадати східну казку про трьох сліпців, які мацали слона, і намагалися зрозуміти, на що той схожий. Один доторкнувся до хобота і стверджував, що слон схожий на шланг. Той, що узявся за хвіст, припускав, що він схожий на мотузку. Третій думав, що слон схожий на колону, оскільки він обхопив руками його ногу.

Таке саме відбувається в нейронауці. Можна виділити три основні підходи в дослідженні мозку. По-перше, "зверху вниз". В цьому випадку мозок розглядається як цілісна система, що складається зі зв'язаних структур, що підключаються динамічно. Можна, наприклад, досліджувати його електричну активність - наклавши на голову електроди, отримати електроенцефалограму. При цьому на ній видно наявність областей підвищеної або зниженої активності в мозку і генерацію ритмів у випадку прояву того або іншого типу активності.

Інші методи, такі як магнітно-резонансна томографія (MRI), позитронно-емісійна томографія (PET), комп'ютерна томографія (CT), дозволяють бачити на екрані зображення мозку, змінювати об'єм його структур, визначати число різних рецепторів і бачити, як виникають спалахи активності в різних областях. Ці методи, крім наукових досліджень, знайшли широке застосування в медицині для діагностики різних захворювань.

Другий підхід - "знизу догори". В цьому випадку дослідження проводяться на молекулярно-клітинному рівні. Вчені намагаються зрозуміти, як працює клітинна молекулярна машина, що дозволяє клітинам мозку виконувати їхні функції і об'єднуватися в локальні мережі. Для вивчення ультраструктури мозку нервову тканину розглядають під світловим або електронним мікроскопом. Трохи більше десяти років тому в нейронауці стали застосовуватися лазерні скануючі конфокальні мікроскопи, які дозволяють бачити не тільки в подробицях структуру клітин, але і процеси, що відбуваються в них, наприклад, зміни концентрації йонів кальцію, що грають в нервовій тканині принципову роль.

Крім мікроскопії, в клітинній нейронауці використовуються методи електрофізіології, що дозволяють записувати електричну активність з локальних нейрональних мереж або навіть окремих клітин і шматочків їх мембрани. Морфологічні та електрофізіологічні дослідження проводяться паралельно з біохімічним і молекулярно-біологічним вивченням нейронів.

Третій підхід - "мозок - чорний ящик". Він застосовується тоді, коли фармакологи намагаються безпосередньо пов'язати властивості того або іншого рецептора з його поведінкою. Нейрогенетики хочуть знайти ген, що відповідає за ту або іншу функцію мозку. Такий підхід, хоч і залишає без уваги процеси, що відбуваються на клітинному рівні, проте дозволяє добиватися практично важливих результатів (наприклад, в створенні ліків або діагностиці генетичних захворювань). Якоюсь мірою до третього підходу можна віднести і методи традиційної психології.

На всіх вище перелічених рівнях дослідження мозку ведуться із застосуванням різних методів статистичного аналізу і математичного моделювання.

Що ж краще? Скальпель хірурга, фізіологічний електрод, біохімічний аналіз або комп'ютерна томографія? Імовірно, всі методи добрі, якщо вони дозволяють накопичувати знання для подальших узагальнень і рішення задач на користь людини.