Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Азимов Айзек

Положение, однако, радикально меняется при переходе к подтипу позвоночных. Даже у представителей самого примитивного класса позвоночных (к которому относятся такие животные, как миноги, организмы, у которых отсутствуют челюсти и конечности, характерные для других классов) передний конец нервной трубки превратился в ясно выраженный головной мозг. И это не простое утолщение или вздутие. На самом деле их три, и называются они пузырями. Эти мозговые пузыри дают начало трем отделам головного мозга соответственно их анатомическому положению. Это передний мозг, средний мозг и задний мозг. Это принципиальное деление сохраняется у всех высших позвоночных, хотя к этим трем отделам добавляются многочисленные усовершенствования и дополнения в виде добавочных структур.

Позвоночные появились на Земле около 500 миллионов лет назад. У самых ранних видов тело имело костный панцирь, прикрывавший голову и переднюю часть тела. Доспехи имели недостаток — они уменьшали скорость передвижения и маневренность их носителя, увеличивая его вес. Во всяком случае, у позвоночных развитие внешнего панциря не явилось залогом их выживания и способности к конкуренции с другими видами. (К современным позвоночным, имеющим панцирь, относятся черепаха, броненосец и ящер. Все эти виды нельзя назвать слишком успешными.) Но головной мозг, безусловно надо было защитить. Таким образом, развился череп.

Позвоночные полагаются не только на пассивную защиту с помощью панциря. Эти животные быстры, ловки и часто обладают специальными орудиями нападения. Исключением служит центральная нервная система — головной мозг и спинной мозг. Эти органы тщательно спрятаны в хрящевой или костный футляры. Таким образом, нервная система получила панцирь в организме, который сам панциря не имеет. Определенно это говорит о том, насколько важна для организма позвоночного центральная нервная система.

Три отдела головного мозга получили дальнейшую специализацию даже у примитивных позвоночных. Из нижней части самого переднего отдела переднего мозга развилась пара выростов, принимающих нервы, берущих начало в ноздрях. Эти нервные окончания воспринимают запахи и передают сигналы о них в передний мозг, который, по этой причине, был назван обонятельным мозгом. Позади обонятельных долей находятся еще два выроста переднего мозга, из которых формируется кора головного мозга. Часть переднего мозга, расположенная под корой, называется зрительным бугром. В среднем мозге расположены центры зрения, поэтому эта часть называется зрительным мозгом.

Задний мозг образует утолщение в верхней части, примыкающей к среднему мозгу. Это утолщение называется мозжечком. Область, расположенная за мозжечком, постепенно суживается до того места, где она переходит, покидая полость черепа, со спинным мозгом. Она называется продолговатым мозгом. Это мозг в том смысле, что это мягкая ткань, расположена в костной полости и, в отличие от других участков головного мозга, имеет удлиненную, а не пузыреобразную форму.

Такая структура лежит в основе строения головного мозга у всех позвоночных без исключения. В строении мозга могут быть нюансы в смысле степени развития тех или иных его участков, в зависимости, например, от того, что важнее для данного животного — зрение или обоняние. У рыб и земноводных главным источником информации служит запах, поэтому у них лучше развит обонятельный мозг. Для птиц запах играет сравнительно небольшую роль, поэтому обонятельный мозг у них небольшой, но зато сильно развит зрительный мозг.

Превращение головного мозга в именно мозг, а не в обонятельно-зрительную машину, определяется развитием коры больших полушарий головного мозга. Верхнее покрытие больших полушарий состоит из многочисленных нервных клеток, которые придают поверхности серый цвет. Это кора головного мозга, или плащ. В разговорном языке эту часть мозга часто называют серым веществом. Кора мозга у рыб и земноводных занимается преимущественно сортировкой запахов и направляет животное к источнику пищи или заставляет спасаться от врагов.

У пресмыкающихся большие полушария крупнее и более специализированны, чем у рыб или земноводных. Объяснением тому может служить тот факт, что суша — среда обитания большинства пресмыкающихся — намного более враждебна жизни, нежели океан и пресные водоемы, где обитают более примитивные классы позвоночных. На суше воздушная среда отличается меньшей вязкостью, чем вода, поэтому становятся возможными быстрые движения, которые сами по себе требуют более четкой и скорой координации мышечной активности. Кроме того, на суше сила тяжести проявляется полностью, так как ее не нейтрализует выталкивающая сила воды. Это подвергает организм животного дополнительным опасностям и опять-таки предъявляет повышенные требования к эффективности мышечной деятельности.

Поэтому, хотя мозг пресмыкающихся все еще в основном занят анализом запахов и вкусов, он становится больше, а в участках мозговой коры вблизи лобной доли появляется нечто новое. Новая часть коры называется neopallium(«новый плащ», лат.), или, по-русски, «новая кора». В этом участке сосредоточены нервные пути, занятые анализом ощущений, отличных от обоняния. В новой коре осуществляется прием большей по объему информации, ее обработка и сложная координация ответных действий. Рептилии, несмотря па силу тяжести, передвигаются с помощью конечностей, и их тело не соприкасается с поверхностью земли. Новая кора еще больше развилась у одной замечательной группы пресмыкающихся, которые около 100 миллионов лет назад сменили чешую на мех, стали теплокровными и превратились в млекопитающих — самый сложный и успешный класс позвоночных.

У примитивных млекопитающих мозг устроен еще сложнее, чем у пресмыкающихся, хотя по-прежнему его основной задачей остается распознавание и анализ запахов. По крайней мере, такой остается задача старой коры. Но у этих животных начинает развиваться и новый плащ, который увеличивается в размерах и покрывает корой поверхность больших полушарий головного мозга.

Чем больше размер новой коры, тем более сложную информацию может обрабатывать мозг и тем сложнее может становиться поведение животного. В простом мозге места может хватить на выработку только одного ответа на какой-то определенный стимул. В сложном мозге места хватает на составление разнообразных комбинаций множества нейронов, что позволяет различать топкие градации стимулов, принимать в расчет условия их возникновения и формировать разнообразные ответы, в зависимости от особенностей каждого случая. Именно способность принимать различные решения в зависимости от меняющейся обстановки мы и считаем мерой интеллекта. Именно большая новая кора делает млекопитающих умнее, чем остальные позвоночные, не говоря уже о беспозвоночных.

Главной тенденцией в эволюционном развитии млекопитающих стало увеличение размеров тела. Это подразумевает увеличение размеров больших полушарий и новой коры головного мозга. Можно было бы ожидать, что с увеличением размеров мозга будут возрастать и умственные способности. Но это, как выяснилось, совершенно не обязательно. Чем больше животное, тем более совершенная координация движений ему требуется. Эта задача часто решается за счет интеллектуальных способностей. Информация поступает из больших объемов окружающей среды, таким образом, становится сложнее. Чем больше и тяжелее животное, тем в большей мышечной массе оно нуждается и тем более совершенная координация нужна ему, чтобы адекватно управлять мускулатурой. Таким образом, если увеличение размеров происходит без одновременного и пропорционального увеличения головного мозга, то животное скорее поглупеет, чем поумнеет.

Разительным примером в этом отношении являются гигантские пресмыкающиеся мезозойской эры. Некоторые из них были намного крупнее самых крупных из современных млекопитающих, но это мало отразилось на размере их головного мозга. Действительно, одной из самых поразительных черт этих гигантов было то, что они носили крошечный, чуть ли не с булавочную головку, мозг над горами плоти. Нет никаких сомнений в том, что это были на редкость тупые создания. В худших случаях животным не хватало массы головного мозга на то, чтобы обеспечить минимальную координацию движений мышц. Возьмем для примера стегозавра. Это животное весило около десяти тонн, то есть больше, чем самый большой современный слон. Мозг стегозавра, несмотря на это, размерами не превосходил мозг маленького котенка. Природа была вынуждена создать крупные скопления нервных клеток у основания спинного мозга, и именно эти скопления управляли мышцами задней части тела, оставив управление передней частью поистине жалкому головному мозгу. Действительно, этот второй спинной мозг своими размерами превосходил головной мозг стегозавра. Примеры снижения интеллекта по мере увеличения размеров тела можно найти и у млекопитающих, хотя эти примеры не столь разительны. Большая корова — весьма тупое животное, интеллект которого не идет ни в какое сравнение с интеллектом меньшей по размерам собаки.