Автор: Cеpгeй Вячecлавoвич Сaвeльeв, доктор биологических наук, пpoфеccор, заведующий лабopaторией развития нервной системы Института мopфологии человека PAМН.
Способности человека овеяны множеством мистических представлений. Мозг наделяют фантастической возможностью видеть будущее, прошлое, при помощи «умозрения» проникать сквозь стены, в тайны событий и толщи вод.
Сказочные потенциальные возможности привлекают обывателей и являются излюбленным утешением ленивого мозга. Он как бы все может, но пока ничего не хочет или ему сейчас ничего не нужно. Эта идеальная форма самообмана позволяет оправдывать любую праздность. Именно этот набор мыслей и жизненных принципов поддерживается всей историей становления приматов.
Причина очень проста — экономия энергии любой ценой. Объем энергетических затрат организма при активной работе мозга очень высок, а их восстановление всегда было большой биологической проблемой.
По этой причине ресурсы мозга каждого человека охраняются целой системой защитных механизмов. К ним относятся сопровождающие интеллектуальные усилия ощущения дискомфорта, постоянная смена внимания на второстепенные события, острая потребность в еде и напитках, расстройство пищеварения и многие другие неприятные явления.
Человека всегда интересовали возможности собственного мозга. Рассмотрим реальные и гипотетические способности, приписываемые мозгу.
Мозг способен получать информацию от органов чувств, хранить ее и обрабатывать. Он способен посылать сигналы мускулатуре, железам и внутренним органам, заставляя организм приспосабливаться к изменяющимся условиям среды.
Если удается поддерживать жизнь достаточно долго, то накопленная информация превращается в индивидуальный опыт, который позволяет предсказывать развитие повторяющихся событий. Понятно, что чем стабильнее окружающий мир, тем точнее прогноз и выше мнение о собственном мозге.
Все способности мозга направлены на три неразделимые цели: размножение, пищу и доминантность. Все способности головного мозга возникли и совершенствовались для решения простых биологических задач. Только в конце гоминидной эволюции мозга начали действовать социобиологические механизмы отбора.
К вторичным, или артефактным, способностям мозга человека относятся возможность абстрактного мышления, установления неочевидных связей между событиями, долговременный ретроспективный — перспективный анализ и критичность самооценки. Признаки этих свойств есть уже у рептилий, но биологическую значимость они приобрели только у млекопитающих.
Больше никаких способностей у человеческого мозга нет. Мозг — энергоемкая биологическая конструкция, предназначенная для решения проблем адаптаций. В основе функциональной организации мозга человека лежат общие для всех позвоночных принципы.
Все формы энергии в виде химических соединений, электролиты, белки, жиры, углеводы и регуляторы метаболической активности мозга доставляются через кровеносное русло. В обратном направлении переносятся углекислый газ, продукты метаболизма и соединения, выполняющие нейрогормональные или регулирующие функции. Уровень метаболизма мозга намного выше, чем у других органов.
Учитывая все особенности физиологической активности, попробуем оценить реальную долю энергии, потребляемую мозгом. Для высших приматов и человека она составляет примерно 8-10% потребностей организма. Когда организм неактивен, эта величина более или менее постоянна, хотя может существенно колебаться у крупных и мелких приматов. Однако даже эта величина непропорционально велика.
Мозг высших приматов и человека составляет 1/50-1/100 массы тела, а потребляет 1/10-1/20 всей энергии, т. е. в 5 раз больше, чем любой другой орган. Это несколько заниженные цифры, так как только потребление кислорода составляет 18%. Прибавим расходы на содержание спинного мозга и периферической системы и получим примерно 1/7-1/10.
В состоянии физиологического и психологического покоя уровень потребления основных метаболитов центральной нервной системы может снижаться до 8-9% от общих затрат организма человека. Эта величина зависит от индивидуальной массы мозга и тела.
Вполне понятно, что чем больше масса мозга и меньше размеры тела, тем выше затраты на функциональное обеспечение нервной системы. При активной работе мозга уровень энергетических затрат резко возрастает. Общий объем расходов на содержание мозга может достигать 20-25%, что также существенно зависит от массы мозга и тела.
Теперь рассмотрим ситуацию с активно работающими мозгом и периферической нервной системой. Активное состояние нервной системы крайне невыгодно приматам. Затраты на поддержание активной работы мозга становятся сопоставимы с расходами на двигательную активность. Это противоречит основным принципам экономии энергии и может вызвать гибель животного. У людей чрезмерная активность мозга на протяжении 2-3 недель приводит к известному состоянию, условно называемому нервным истощением.
Подобные причины гибели приматов в небольших социальных группах многократно описывались как в условиях дикой природы, так и при искусственном содержании. Животные погибали без видимой физической причины. Они вначале проявляли гиперактивность, затем контакты с членами группы уменьшались и особь оказывалась в социальной изоляции.
Формальной причиной гибели животных становилось отчуждение от группы или хронический конфликт с доминирующими особями. Реальная причина коренится в том же «нервном истощении», характерном и для человека. Животное пытается решить всеми доступными способами нерешаемую биосоциальную задачу, что приводит к длительной активизации как головного мозга, так и всей периферической нервной системы.
Тратя до 25% всей энергии, мозг такого изгоя быстро истощает организм, что резко снижает шансы животного выжить. Для приматов последствием такого напряжения неизбежно становится гибель, а для человека — длительное, но зачастую безуспешное лечение.
Таким образом, гигантские расходы на работу мозга ставят особь на грань гибели и блокируются всеми возможными физиологическими механизмами. Иначе говоря, «думать», в обиходном смысле этого слова, энергетически крайне невыгодно, поэтому организм всеми способами пытается избежать этого процесса.
В ход идут все отработанные эволюционные приемы: от химической стимуляции эндорфинами бездеятельности мозга до глубоких вегетативных расстройств желудочно-кишечного тракта при излишней задумчивости. Бездеятельность, связанная с экономным расходованием энергии, имеет жесткий функциональный характер, но она воспринимается сторонними наблюдателями как «отдых», «развлечение»или «лень».
Таким образом, у человека сложилась парадоксальная ситуация в физиологии центральной нервной системы. Казалось бы, крупный мозг приспособлен решать очень сложные задачи, но он этого категорически не хочет.
Следовательно, существует важнейшее физиологическое препятствие, ограничивающее возможности всех высших приматов и человека. Оно состоит в энергетических ограничениях продолжительной работы мозга. Большой энергозависимый мозг не может интенсивно работать столько, сколько хочется его обладателю. Если возбужденный примат заставит свой головной мозг долго и интенсивно работать, то организм просто погибнет.
Поэтому бездеятельность, называемая ленью или праздностью, является не результатом социальной эволюции, а элементарным условием выживания организма с крупным энергозависимым мозгом.
По той же причине заставить активно работать ассоциативные центры головного мозга человека крайне сложно. Даже при условии социального изобилия пищи, репродуктивном успехе и гарантированной доминантности невозможно убедить мозг начать активно тратить бесценные ресурсы организма.
На стороне «ленивого» мозга оказываются миллионы лет успешной эволюции, а на стороне рассудочной деятельности — запас еще не съеденной пищи в холодильнике. Эта неравноценная борьба мотиваций обычно заканчивается в пользу древних аргументов, а творческое мышление остается редким явлением.
Оценивая потенциал человеческого мозга, необходимо обратить внимание еще на одно своеобразное ограничение в работе головного мозга. Дело в том, что головной мозг человека не работает как единый и неделимый орган. Причиной этой особенности является динамика кровотока приносящих сонных артерий, изменяющаяся не только в зависимости от психологического состояния человека.
При адаптивной нагрузке возбуждается только та область мозга, которая непосредственно связана с востребованной функцией. Находящиеся в активном состоянии области мозга потребляют крови больше, чем менее функционально нагруженные зоны.
Например, если человек рассматривает интересное изображение, то кровоток усиливается в затылочной области мозга, где сосредоточены первичные и вторичные зрительные центры. Происходит локальное расширение капиллярной сети и повышается температура активно работающего участка коры.
При интенсивном занятии физкультурой максимальное усиление кровотока приходится на моторные центры и вестибулярный аппарат. В других областях мозга кровоток заметно не увеличивается, поэтому интенсивные занятия спортом обычно отрицательно сказываются на интеллекте, и наоборот.
Это происходит из-за того, что однонаправленная деятельность увеличивает локальный кровоток только в востребованных областях мозга. Сосуды функционально невостребованных областей сохраняют невысокий исходный кровоток.
Таким образом, для реализации возможностей собственного мозга необходимо соблюдать пропорциональность периодической интенсификации кровоснабжения различных отделов мозга. В мозге должны быть регулярно задействованы сенсорные, двигательные и ассоциативные центры. Продолжительное снижение кровотока до базового уровня вызывает постепенную локализованную гибель нейронов. Эти события уже необратимы и восстановлению не поддаются.
Процессы инволюции, связанные с уменьшением локального кровотока мозга, особенно заметны на примере памяти. Головной мозг всегда обладает базовой активностью независимо от состояния организма. Это связано с фундаментальными свойствами нервной системы.
Нейроны только тогда могут хранить информацию, когда могут ее передавать. Индивидуальная память зависит от кортикального кровотока и динамична. Если персональный опыт долго не востребован, то снижение кровообращения и новые впечатления могут полностью удалить или глубоко изменить воспоминания.
Уникальное кровоснабжение мозга ставит еще одно ограничение на его потенциальные возможности. Мозг человека интенсивно потребляет кислород, и его нехватка невосполнима. У всех млекопитающих требования мозга к количеству кислорода довольно похожи.
Если потребление кислорода мозгом становится меньше 12,6 л/(кг * ч), наступает смерть. При таком уровне кислорода мозг может сохранять активность только 10-15 с. Через 30-120 с. угасает рефлекторная активность, а спустя 6 мин. начинается гибель нейронов.
Примерно на такое время хватает внутриклеточных запасов гликогена, который расщепляется до глюкозы. Иначе говоря, собственных ресурсов для дыхания и энергетического обмена у нервной ткани практически нет. Мозг получает кислород, воду с растворами электролитов и питательные вещества по законам, не имеющим никакого отношения к интенсивности метаболизма других органов.
Таким образом, головной мозг является энергозависимой системой, потребляющей большое количество энергии организма. Мозг крайне нестабилен, не имеет собственных внутренних ресурсов и постоянно перестраивается, утрачивая уже приобретенный опыт. При этом он постоянно стремится к снижению своих затрат, что затрудняет любую его работу.
Крупный мозг с развитыми системами анализаторов и огромными ассоциативными областями коры у приматов возник и сохранился в эволюции в результате баланса двух противоположных тенденций.
Одна тенденция связана с тем, что приматы были вынуждены решать неизвестные, но очень сложные аналитически ассоциативные задачи. Для этого нужен большой и совершенный мозг. Обладание таким развитым мозгом позволяло решать биологические и социальные проблемы приматов, но его постоянное использование было непозволительной роскошью.
Задача выглядит почти неразрешимой, но выход есть, и он лежит на поверхности. Если нервная система приматов оказывается столь «дорогим» органом, то чем меньше времени мозг работает в интенсивном режиме, тем дешевле обходится его содержание. Следовательно, уменьшение времени использования развитого головного мозга снижает его долю в энергетическом балансе организма.
В связи с этим сформировалось несколько форм поведения, связанных с экономией энергии за счет снижения времени активного использования головного мозга. Подобный способ экономии энергии на работе мозга оказался столь успешным, что продолжает играть решающую роль в поведении современного человека.
Следовательно, процесс эволюции был направлен на то, чтобы большой мозг использовался только от случая к случаю, но не перегружался постоянно. Он эффективен для решения любых сложных проблем, но время его использования ограничено энергетическими запасами организма.
Логическим следствием такой закономерности является вторая тенденция эволюции приматов — увеличение размеров головного мозга. Чем эффективнее становились механизмы ограниченного использования совершенного мозга, тем большего размера он мог стать. При помощи крупного мозга биологические задачи решались все быстрее, а общие расходы на его содержание снижались.
Если сравнивать головной мозг человека не с трансформатором, а с вычислительной машиной, то разница между большим и маленьким мозгом будет примерно такой же, как между множеством маленьких компьютеров, объединенных в сеть, и мощной многопроцессорной машиной. Допустим, что для расчета метеопрогноза необходимо 2 000 компьютеров стандартной комплектации. Их надо подключить к сети и электропитанию.
Эти компьютеры будут работать несколько дней для создания прогноза погоды на небольшом континенте. Они потребят огромное количество энергии и будут долго решать довольно сложную задачу. Когда прогноз будет создан, в нем уже отпадет надобность.
Можно поступить по-другому. Включить на час многопроцессорный суперкомпьютер и оперативно решить поставленную задачу. Затем его отключить и насладиться результатом прогноза. Таким образом, задача будет решена быстро, энергии будет потрачено меньше, а выключенный суперкомпьютер уже необременителен для содержания.
Примерно так работает и головной мозг человека. Он включается только для решения сложных задач, а в повседневной жизни работает в фоновом режиме, не лучше мозга бурозубки. Именно поэтому многие предпочитают что-то быстро сделать физически, но избежать даже начала любой мыслительной деятельности.
По той же причине известные эксперименты по обучению самки гориллы языку глухонемых были крайне ограничены по времени. Эта самка демонстрировала знание таких понятий, как красота, и сопереживала страданиям животных других видов. Выпрашивая у экспериментатора губную помаду, она мотивировала свою просьбу тем, что, намазав губы, станет намного красивее.
Запряженная в уздечку с металлическими деталями лошадь вызывала у самки гориллы переживания по поводу болевых ощущений во рту лошади. Однако сеансы таких «разговоров» продолжались не более 40 мин. После этого самка гориллы испытывала огромное физическое истощение и сутки отказывалась работать с экспериментатором.
Следовательно, основная причина ограничения возможностей мозга человека кроется в физиологических принципах энергетического баланса организма. Суть поведения человека сводится к минимизации энергетических затрат на работу «дорогостоящего» мозга и постоянному стремлению увеличения времени бездеятельности или «лени». Мозг подключается к решению поведенческих проблем только при крайней необходимости и на непродолжительное время.
Именно поэтому даже одаренные люди стараются избегать постоянной интеллектуальной нагрузки, связанной с решением сложных задач. Для стандартных ситуаций человек не использует всех ресурсов головного мозга. Он старается решить проблему с максимальной минимизацией времени интенсивного режима работы нервной системы.
В связи с этим трудно ждать даже от потенциально способных или интеллектуально одаренных людей самостоятельной реализации всех своих способностей. Этому препятствует весь видовой опыт приматов, активно стимулирующий самые изощренные формы праздности.
