Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Айзек Азимов

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.

Однако такое произвольное вмешательство в ритм дыхания очень скоро становится весьма утомительным, и автоматический контроль снова берет на себя управление дыханием.

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.