В книге много интересных и остроумных историй об открытиях и феноменах, гипотезах и перспективах науки психобиохимии!

СТВОЛ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Хотя передний мозг достиг у человека весьма внушительных, можно сказать, ошеломляющих размеров, из этого отнюдь не следует, что весь мозг состоит из переднего мозга. Под передним мозгом расположены средний мозг и задний мозг. Средний мозг у человека сравнительно мал и располагается вокруг узкого канала, который соединяет третий и четвертый желудочки. Выглядит средний мозг как толстый тяж, который направляется вертикально вниз от области таламуса. Внизу средний мозг заканчивается мостом, который назван так потому, что соединяет средний мозг с главной частью заднего мозга, в самой нижней части мозга располагается продолговатый мозг. Средний мозг, мост и продолговатый мозг вместе образуют структуру, похожую на ствол, идущий вниз и слегка назад от полушарий большого мозга. Создается впечатление, что большой мозг покоится на этих нижележащих отделах, словно плод, балансирующий на стволе.

Сзади и сверху к стволу примыкает мозжечок, расположенный непосредственно под задней оконечностью полушарий большого мозга. У примитивных позвоночных этот участок мозга является частью заднего мозга. Подобно большому мозгу, мозжечок продольной щелью делится на две половины, которые называются полушариями мозжечка. Полушария соединяются между собой особой структурой, которую хорошо видно сзади. Это продолговатое сегментированное образование, которое из-за своего вида получило наименование червя. Так же как и в большом мозге, внутри мозжечка находится белое вещество, а серые нервные клетки расположены на его поверхности, формируя кору мозжечка. Кора мозжечка образует более мелкие и плотно упакованные извилины, а щели между ними расположены параллельными продольными линиями.

Каждое полушарие мозжечка соединено со стволом головного мозга тремя ножками, состоящими из нервных волокон. Самая верхняя ножка соединяет мозжечок со средним мозгом, следующая с мостом, а самая нижняя - с продолговатым мозгом. Через ножки мозжечок также соединяется наверху с большим мозгом, а внизу - со спинным мозгом.

Ствол мозга управляет по большей части автоматическими мышечными движениями. Например, при стоянии мы активно пользуемся мышцами, чтобы наши ноги и спина удерживали нас в вертикальном положении, невзирая на силу тяжести. Мы не осознаем эту активность, но если стоим долго, то начинаем ощущать усталость, а если мы потеряем сознание стоя, то мышцы, которые преодолевают силу земного тяготения, расслабятся, и мы рухнем на землю.

Если бы мы были вынуждены сознательно управлять своими мышцами при стоянии, чтобы не упасть, то стояние превратилось бы в деятельность, которая заняла бы все наше внимание, и мы стали бы не способны заниматься ничем больше. Но это не так, к большому счастью, должен добавить. Стояние дается нам без всяких сознательных усилий. В результате мы можем занимать свой мозг в это время другими проблемами. В итоге мы, если того требуют обстоятельства, можем легко стоять, блуждая в дебрях познания. Ни один человек не падает оттого, что его ум чем-то отвлечен. Этот автоматический контроль мышц, ответственных за стояние, управляется из центра, расположенного в стволе мозга, особенно в той его части, которая представляет собой тесно переплетенные участки белого и серого вещества, что придает этому участку сетчатый вид, почему вся структура называется ретикулярной зоной. Именно здесь фильтруется сенсорная информация в системе, которую мы уже обозначили как ретикулярную активирующую систему.

Конечно, мы не собираемся стоять вечно. Для того чтобы мы смогли сесть, мышцы, ответственные за стояние, должны расслабиться. Это осуществляется по команде из базальных ганглиев, расположенных над стволом мозга, которые посылают мышцам соответствующие импульсы. Эти импульсы позволяют телу упасть, но упасть медленно и управляемо, причем так, чтобы в результате принять положение сидя. Если мозг экспериментального животного перерезать между большим мозгом и стволом мозга, то эти расслабляющие импульсы из базальных ганглиев уже не смогут достичь мышц. В результате у животного развивается постоянная, необратимая ригидность всех мышц. Война с гравитацией становится перманентной и бескомпромиссной.

Стояние отнюдь не статично, как может показаться с первого взгляда. Человеческое тело находится при стоянии в относительно нестабильном положении, так как центр тяжести у человека расположен высоко над землей и покоится на двух, близко расположенных друг от друга опорах. (Большинство других позвоночных имеют четыре опоры, а центр тяжести у них расположен низко над землей.) Следовательно, если человек вздумает стоять не шевеля ни единым мускулом, то его свалит на землю любой толчок в плечо. В обычных реальных условиях человек автоматически изменит направление и мощность усилий, чтобы противодействовать силе, стремящейся свалить его на землю. Он расставит ноги и отпрянет назад. Если он и упадет, то только после борьбы.

Силы, которые стремятся вывести человека из равновесия, действуют постоянно. Если не найдется доброго приятеля, который решит испытать, насколько прочно вы стоите, то вы сможете самопроизвольно менять местоположение центра тяжести - потянуться, привстать на цыпочки, наклониться вперед. Вы можете выдержать напор порыва сильного ветра. Короче говоря, вы всегда стремитесь упасть в ту или иную сторону, а мышцы туловища и ног постоянно корректируют свое напряжение, чтобы удержать вас от падения.

Опять-таки здесь существует тесная связь между стволом мозга и базальными ганглиями. Общее положение тела относительно силы притяжения оценивается структурами внутреннего уха, будут обсуждаться в этой книге в соответствующей главе. Нервные импульсы из внутреннего принимаются в стволе головного мозга и воспринимаются в стволе головного мозга и в базальных ганглиях. Кроме того, импульсы от суставов постоянно поступают по активирующей ретикулярной формации в тот же ствол мозга, так что там определяется, какие мышцы надо бить, а какие - напрячь, так чтобы сохранить надежное равновесие.

Это не причиняет нам никакого беспокойства более того, постоянная необходимость из мышечного напряжения для сохранения равновесия оказывается чрезвычайно полезной. Если мы представим себе человека в состоянии идеального равновесия, то увидели бы, что одни и те же мышцы должны находиться в постоянном неизменном напряжении. В этом случае очень наступит утомление. При постоянной корректировке положения тела в разное время в игру вступают разные мышцы, и каждая имеет шанс отдохнуть, пока другие находятся в напряжении. Действительно, когда мы вынуждены долго стоять на одном месте, мы, преувеличивая естественные движения, начинаем самопроизвольно менять положение, смещая в разных направлениях центр тяжести своего тела. Мы делаем это, переминаясь с ноги на ногу или смещая вес в части тела.

Ходьба представляет собой вывод тела из состояния равновесия рывком вперед. В следующий момент мы выносим вперед ногу, чтобы поймать свое падающее тело и вновь придать ему равновесие. Научиться ходить - стоящий подвиг для маленького ребенка, первых попытках он бросается вперед, не задумываясь о последствиях, и, если его внимание чем-нибудь отвлекается, он падает.

Однако ходьба требует ритмических движений. Одни и те же мышцы то сокращаются, то расслабляются, образуя фиксированный паттерн, который повторяется снова и снова с каждым шагом. Со временем контроль над ходьбой полностью переходит к стволу мозга, который поддерживает постоянство движений рук и ног, не требуя нашего сознательного участия в этом процессе. Мы можем идти и одновременно увлеченно беседовать или с большим интересом читать книгу.

Постоянная смена утраты и обретения равновесия во время стояния и ходьбы требует участия механизмов обратной связи. Так, если тело вышло из состояния равновесия и если базальные ганглии начали изменять степень напряжения мышц, чтобы восстановить равновесие, то чувствительные импульсы должны восприниматься ганглиями в каждый данный момент времени, чтобы сигнализировать мозгу о выходе из равновесия в этот момент для того, чтобы базальные ганглии успели подготовить к сокращению нужные мышцы (это и есть обратная связь). Таким образом, организм должен обладать способностью заглядывать в будущее.

Причину этого можно лучше понять, если прибегнуть к механической аналогии. Если вы делаете поворот на автомобиле, то должны начать поворачивать рулевое колесо до того, как входите в поворот, поворачивая его все больше и больше, по мере вхождения, пока поворот руля не достигнет максимума в середине поворота. Если бы вы вошли в поворот с неповернутым рулевым колесом, то вам пришлось бы поворачивать очень круто. То же самое, только в обратном порядке, происходит на выходе из поворота. Вы должны начать выправлять руль до того, как начался выход из поворота, то есть в самой его середине, и поворачивать руль надо так, чтобы он придал колесам прямое положение там, где поворот кончается. Если бы вы начали крутить баранку, когда вышли на прямой отрезок пути, то, чтобы не врезаться в бордюр, вам пришлось бы очень быстро выправлять положение машины, резко поворачивая руль в противоположном направлении.

Итак, вы видите, что правильное выполнение поворота требует умения прогнозировать ситуацию, заглядывать вперед, учитывать не только настоящее положение, но и положение, которое возник нет через несколько мгновений. Для начинающего это не легкая задача. Учась водить машину, человек вынужден огибать углы очень медленно, чтобы не поворачивать лихорадочно, сначала в одном направлении, а потом в другом. По мере накопления опыта новичок начинает все более уверенно и быстро входить в поворот, а потом делает это без участия сознания, мягко вписываясь в поворот каждый раз - ну, или почти каждый.

Эта ситуация в точности похожа на ту, которая складывается в управляющих центрах нервной системы при сохранении равновесия или при необходимости совершить какое-то целенаправленное произвольное движение. Предположим, вам надо взять со стола карандаш. Рука начинает быстро двигаться вперед, но скорость ее движения уменьшается по мере приближения к карандашу. Пальцы должны сомкнуться, чтобы прикоснуться к желаемому предмету. Если рука отклоняется в сторону, то происходит немедленная, соответствующая корректировка движения. Если видно, что рука проходит дальше карандаша, то скорость ее движения замедляется, если же рука не доходит, то движение продолжается до требуемого расстояния. Все эти подправляющие движения и корректировки происходят неосознанно, и вы можете поклясться, что в действительности никакой корректировки не происходит. Но она происходит, и именно по этой причине мы сначала смотрим на карандаш, чтобы взять его, на челюсть противника, прежде чем ударить по ней кулаком, и на шнурки ботинок, прежде чем начать их завязывать. Именно сигналы, которые глаза постоянно посылают в головной мозг, позволяют нам корректировать и уточнять объемы и направление необходимых движений. Если вы захотите взять карандаш не глядя на него, то, даже если вы знаете, где он находится, вам придется искать его на ощупь, и возможно, вы возьмете его в руку не с первой попытки.

Но зрение нужно для подобных действий не всегда. Если вас попросят прикоснуться к кончику собственного носа, вы сделаете это даже в полной темноте. Обычно человек ощущает взаимное расположение частей своего тела с помощью соматосенсорных систем. Подобным же образом можно научиться печатать на машинке или вязать, не глядя на клавиатуру или на спицы, но в этих случаях пальцы совершают весьма ограниченные по объему движения и вероятность ошибки или отклонения очень мала.

Основная роль в корректировке и регулировке движений такого рода принадлежит мозжечку. Он предвосхищает события, заглядывает вперед и предсказывает положение руки за несколько мгновений до того, как произойдет реальное действие, что позволяет должным образом организовать необходимое движение. Когда эта система отказывает, положение становится поистине драматическим. Рука, готовая взять карандаш, промахивается, движется назад, снова промахивается, опять направляется вперед, и эти ошибки повторяются снова и снова, практически до бесконечности. Такие хаотические отклонения от правильного положения напоминают лихорадочные попытки новичка сделать поворот на слишком большой скорости. На флоте такие движения носа судна называют «рысканьем». Поражение мозжечка и приводит к такому «рысканью», а всякое движение, требующее согласованной работы нескольких мышц, становится затрудненным или вообще невозможным. Попытка бежать оборачивается неизбежным мгновенным падением. Движения становятся гротескно резкими и толчкообразными, и даже попытка коснуться пальцем копчика носа сопровождается досадным промахом. Такое состояние в медицине обозначается греческим термином «атаксия» (беспорядочность). Церебральный паралич - это нарушение способности пользоваться мускулатурой в результате повреждения мозга, происшедшего во время внутриутробного развития плода или при тяжелых осложненных родах. Около 4% случаев церебрального паралича сопровождаются атаксией.

Ствол мозга управляет также функциями и движением желудочно-кишечного тракта. Например, скорость отделения слюны регулируется группами нервных клеток, расположенных в верхней части продолговатого мозга и в нижней части моста. Вид и запах пищи или даже мысли о ней активируют эти клетки, которые, в свою очередь, стимулируют слюноотделение. Наоборот, страх или чувство напряжения подавляют активность этих клеток, и во рту «пересыхает». Процесс глотания, требующий согласованного участия мышц глотки и волнообразных сокращений мышц пищевода, с помощью которых пища проталкивается в желудок, также контролируется клетками ствола головного мозга.

Деятельность дыхательных мышц также контролируется особыми отделами ствола. Дыхание можно регулировать и произвольно, а значит, этот процесс не обходится без участия большого мозга. Мы можем заставить себя дышать быстрее или медленнее, поверхностно или глубоко, можем даже на некоторое время вообще задержать дыхание.

Под стволом головного мозга, за пределами большого затылочного отверстия, находится самая нижняя часть центральной нервной системы - спинной мозг. Это остаток недифференцированной нервной трубки, доставшийся нам в наследство от древних хордовых. На поперечном разрезе спинной мозг имеет почти овальную форму. По задней поверхности спинного мозга проходит глубокая борозда, более широкая борозда помельче проходит вдоль передней поверхности спинного мозга. Вместе эти борозды почти, но не совсем делят спинной мозг на две половины - правую и левую, которые представляют собой зеркальные отражения друг друга. В оси спинного мозга проходит центральный канал, который у взрослых обычно зарастает. Этот канал представляет собой рудимент полости первичной нервной трубки хордовых.

Внутренняя часть спинного мозга заполнена массой нервных клеток, так что у спинного мозга, так же как и у головного, есть свое серое вещество, правда, в отличие от последнего, оно находится не на поверхности, а в глубине вещества спинного мозга. В нем серое вещество формирует две колонки, спускающиеся сверху донизу в каждой из половин. Эти две колонки соединены узкой полоской серого вещества, окружающей центральный канал. В результате на разрезе серое вещество напоминает несколько искаженную латинскую букву «Н». Как видно на иллюстрации, нижние ножки буквы направлены назад, к спине. Эти ножки довольно длинны и доходят почти до поверхности мозга. Они называются задними рогами. Верхние ножки буквы короче и толще, они направлены вперед, как говорят в медицине, в вентральном направлении. Это передние или вентральные рога. Серое вещество окружено массой нервных волокон, которые благодаря миелиновым оболочкам имеют беловатый цвет и называются белым веществом спинного мозга. Таким образом, еще раз повторю, что в спинном мозге серое вещество находится внутри вещества мозга, а не на поверхности, как в головном мозге.

Спинной мозг проходит не по всей длине позвоночного канала. Он заканчивается приблизительно на уровне первого или второго поясничного позвонка, в области поясницы. Таким образом, спинной мозг имеет в длину всего лишь около 18 дюймов. Ширина его составляет около полдюйма, а вес у взрослых достигает 30 г.