Нейроны тоже не передают сигналы пассивно. В зависимости от специализации нейрона, поступающие на его рецепторы химические вещества могут запускать различные виды биохимических реакций. В конечном итоге эти реакции могут порождать новый электрический сигнал и передавать его по аксону сети других нейронов.
Все 160 млрд клеток головного мозга находятся в активном рабочем режиме. Вместе они выполняют десятки тысяч задач одновременно, без какого-либо центрального контроля и даже без сознательного участия с нашей стороны. В этой гигантской сложнейшей сети нет центрального пункта управления, где принимались бы все решения. Частично такую функцию выполняют так называемые «биологические часы», которые синхронизируют триллионы операций. Это то, что ИТ-специалисты называют распределенными вычислениями, только с таким уровнем сложности, который при современном уровне развития техники кажется недостижимым.
Еще одна потрясающая особенность нашего мозга – его удивительная надежность: он практически безотказен. Мы можем потерять множество клеток в результате естественного старения или из-за травмы. Но это не нанесет ущерб всей системе. Возможно, такая способность объясняется тем, что наш мозг непрерывно программирует и перепрограммирует себя, создает новые связи и перестраивает старые. Благодаря этому он способен изменять и исцелять себя сам, особенно когда мы спим. Эти процессы происходят постоянно в масштабах отдельных клеток или групп клеток, но даже большие части мозга могут брать на себя функции других его частей. Это тоже пока недостижимая мечта для ИТ-специалистов. Ведь один неисправный транзистор в компьютере может вывести из строя весь микропроцессор{10}.
Если вы хотите узнать больше об этой особенности нашего мозга, прочитайте увлекательную книгу Нормана Дойджа «Пластичность мозга» (The Brain That Changes Itself){11}.
Короче говоря, наш главный рабочий инструмент – головной мозг – это самый фантастический компьютер, который только можно себе представить. Его возможности настолько ошеломительны, что их пока что не под силу осознать самому человеческому мозгу. В таблице я привожу для сравнения данные по нейронному компьютеру SpiNNaker, самому продвинутому симулятору мозга на нынешний момент. Невероятно, но факт: создатели компьютера, моделирующего на самом примитивном уровне не более 1 % нашего мозга, гордятся, что разработанные по индивидуальному заказу микросхемы потребляют всего 1 Вт электроэнергии каждая, и что весь компьютер в законченном виде будет потреблять всего 50 000 Вт. Вес же его – чуть больше 400 кг{12}. Следовательно компьютер, примитивно моделирующий человеческий мозг, должен быть размером с огромный ангар, весить 40 000 тонн и потреблять столько мегаватт электроэнергии, сколько вырабатывают три мощные АЭС. А заключенный в нашей черепной коробке комок мозгового вещества, обладающий несоизмеримо большей вычислительной мощностью, весит чуть больше килограмма и потребляет всего 30 ватт. Согласитесь, человеческий мозг – поистине удивительный и уникальный феномен!
3.2. Мозг – это не машина, состоящая из отдельных частей, а сложнейшая сеть из множества сетей и подсетей
Сегодня у исследователей есть современные методы нейровизуализации (такие как магнитно-резонансная томография, компьютерная томография и др.), позволяющие наблюдать за активностью мозга живого человека. Раньше, когда такой возможности не было, ученые рассматривали головной мозг как машину, состоящую из отдельных частей, каждая из которых выполняет конкретную функцию. Естественно, они пытались определить, за что отвечает та или иная часть мозга. Например, 175 лет назад Поль-Пьер Брока обнаружил, что у людей, страдавших афазией (нарушением понимания и генерации речи), был поврежден конкретный участок коры головного мозга, который впоследствии был назван центром Брока.
После изобретения МРТ, и особенно метода функциональной МРТ, ученые смогли без помощи излучения и инъекций увидеть активность клеток головного мозга в режиме реального времени. Эти методы визуального исследования четко показали: головной мозг не состоит из отдельных частей, как машина. Он представляет собой сложнейшую взаимосвязанную систему огромного количества сетей и подсетей. У этой удивительной мозговой архитектуры есть одна общая черта с Всемирной паутиной: отсутствие центрального управляющего органа. Хотя, как я объясню чуть позже, в ней имеются сети высшего уровня, которые соединены между собой и оказывают влияние друг на друга. То, что раньше считалось автономными деталями, оказалось узлами (ядрами) сети, играющими роль коммутационных станций. При этом все эти бесчисленные сети и узлы оказались соединенными в единую систему{13}. Как мы увидим далее, одна из областей, где современные методы нейровизуализации произвели настоящую революцию, – это исследование эмоций.
В каком-то смысле эта сеть функционирует, как Всемирная паутина с ее огромным количеством соединений во всех направлениях. Однако способ ее работы носит не столько логический, сколько ассоциативный характер (более подробно об этом мы поговорим в разделе о памяти). Еще одно сходство с Мировой сетью: при нарушении одного из соединений в нашем головном мозге мы можем получать информацию через массу других.
Интересно: притом, что соединения постоянно изменяются, а сети перестраиваются, сами нервные клетки остаются неизменными. Шведский ученый Йонас Фризен открыл весьма нестандартный способ исследовать обновление клеток человека. Пометить их было невозможно. Но оказалось, что в 1950-е и 1960-е годы уже произошел «неумышленный» эксперимент по радиоактивному мечению клеток – когда проводились наземные испытания ядерного оружия. Измеряя остаточное радиоактивное излучение ядер различных клеток человеческого организма, исследователь смог определить возраст этих клеток и темпы их обновления. Фризен обнаружил, что все клетки нашего организма регулярно обновляются. Исключение составляют яйцеклетки в яичниках и… нейроны в головном мозге. Это не касается только части мозга, которая отвечает за долговременную память, – там происходит непрерывное обновление клеток. С возрастом производство новых клеток в этой зоне уменьшается, но никогда не прекращается{14}. Здесь ежедневно образуется около 700 новых клеток и несколько тысяч соединений. Это много, но недостаточно для того, чтобы заменить все клетки, которые отбраковываются мозгом. Так что количество клеток в этой зоне постепенно уменьшается. Но благодаря надежности и высокой отказоустойчивости мозга, это не вызывает каких-либо проблем – при нормальном темпе процесса, конечно.
3.3. Наш телесный мозг подключен к каждой клетке тела
Сейчас вы узнаете и вовсе фантастическую вещь: наш мозг поддерживает двустороннюю связь с каждой из 50 трлн – 100 трлн клеток нашего организма. Он отвечает за поддержание жизнеспособности тела, приспосабливая его под постоянные изменения окружающей среды. Он делает это автономно, на «автопилоте». Нам не нужно думать, как бьется сердце, циркулирует кровь, переваривается еда в кишечнике. Телесный мозг управляет всем этим сложных «хозяйством» без нашего ведома. Он одновременно выполняет десятки тысяч задач посредством того, что ИТ-специалисты называют сверхсложными распределенными вычислениями. Это означает, что каждая клетка нашего тела функционирует как крошечный компьютер, который оказывает влияние на триллионы других компьютеров и сам находится под их влиянием. Вместе они параллельно осуществляют миллиарды операций, направляют друг друга и принимают решения в масштабах сложнейшей сети, работающей с поразительной скоростью. Этот телесный мозг охватывает через систему нервов все тело. Он управляет работой и делением клеток, оказывает влияние даже на гены в клетках. С другой стороны, клетки поддерживают с телесным мозгом постоянную обратную связь, что позволяет ему быстро адаптировать наш организм к изменяющимся условиям. Вся эта деятельность синхронизируется биологическими часами, о которых мы поговорим подробнее в главе о сне.
Телесный мозг регулирует деятельность всех клеток нашего организма при помощи трех систем:
• нервной системы – у нее сверхбыстрая реакция, потому что сообщения между нервными клетками передаются электрическими импульсами. Поэтому когда вам угрожает опасность, вы реагируете на нее – отпрыгиваете, уклоняетесь, заслоняетесь и т. п. – за считаные доли секунды;
• эндокринной системы – она реагирует медленнее, поскольку сообщения в клетки посылаются при помощи гормонов, выбрасываемых в кровоток;
