Тайны нашего мозга, или Почему умные люди делают глупости - [10]
ГЛАВА 3. Мыслящее мясо: нейроны и синапсы
В коротком рассказе «Они сделаны из мяса» Терри Биссон описывает инопланетян с электронными мозгами, обнаруживших планету под названием Земля, на которой самые разумные организмы осуществляют процесс мышления с помощью живой материи. Инопланетяне назвали такой мозг «мыслящим мясом». (Грубо, мы знаем это.) Трудно поверить, что наш мозг — это и есть наши мечты, память, вдохновение и дыхание — все мыслительные процессы, однако это правда.
Особенно это впечатляет, когда видишь, насколько ничтожны размеры мозга. Миллиарды нейронов и дополнительных вспомогательных клеток взаимодействуют друг с другом посредством бесчисленного количества синоптических соединений, но все эти операции требуют органа, напоминающего небольшую дыню трех фунтов весом.
Подобно дыне — и всему остальному телу — наш мозг состоит из клеток. Клетки мозга бывают двух типов: нейроны взаимодействуют друг с другом и с остальными органами тела, а глиальные клетки обеспечивают работу мозга. В нашем мозгу находится около сотни миллиардов имеющих сложную продолговатую форму нейронов, глиальных же клеток гораздо больше. На первый взгляд мозг разных животных выглядит по-разному. (Сравните мозг землеройки и кита, представленные на рисунке.) Однако принципы его работы одинаковы.
В нейроне сигналы переносятся с помощью электричества. Внутренняя часть нейрона заряжена отрицательно относительно наружной стороны, что создает разность потенциалов в мембране. Точно так же из-за разности потенциалов мы ощущаем удар тока 9-вольтовой батарейки, прикоснувшись к ее контактам языком. (Активно движущимся через мембрану ионам для поддержания распределения зарядов требуется больше энергии, чем для любой другой области мозга.)
Чтобы послать электрический импульс из одной части в другую, нейрон открывает каналы, позволяющие ионам пересечь мембрану, и создает течение, которое несет электрический сигнал к мембране. Нейроны получают импульс через дендриты — разветвленные древовидные структуры, собирающие информацию из разных источников. Затем нейрон посылает электрический сигнал дальше по длинному, подобному проволоке аксону, передающему химический сигнал другому нейрону, и так далее. Аксоны способны отправлять сигналы на довольно большое расстояние; самые протяженные аксоны в организме человека тянутся от позвоночника до пальцев ног. Самые длинные аксоны у китов достигают 60 футов в длину (около 20 м). Самые длинные аксоны, найденные у землеройки, чей мозг изображен на рисунке на монетке, — не более двух дюймов (около 5 см). Во всех случаях электрические сигналы распространяются при помощи схожих молекул и по одним и тем же биологическим правилам.
Нейроны и синапсы настолько эффективны, что мозг потребляет всего 12 ватт мощности, хотя он делает много больше, чем тусклая лампочка на задней стенке вашего холодильника. В течение дня вашему мозгу требуется такое количество энергии, которое содержится в двух крупных бананах. Любопытно, но хотя мозг чрезвычайно экономен по сравнению с механическими средствами, в биологических терминах это ненасытный потребитель энергии. Вес мозга составляет лишь около 3% от общего веса тела, но он потребляет одну шестую (17%) всей энергии тела. К сожалению, это не означает, что вам следует чаще перекусывать, дабы снабдить мозг энергией во время занятий. Большая часть энергии идет на поддержание состояния готовности к мышлению. Для этого мозгу необходимо обеспечивать электрическое поле в мембране каждого нейрона, позволяя ему общаться с другими нейронами. Дополнительные расходы на мышление практически несущественны. Попробуйте посмотреть на это по-другому: вы все время платите зато, чтобы поддерживать свой мозг, поэтому используйте его!
Давайте рассмотрим этот процесс подробнее. Нейроны передают информацию дальше через аксоны, создавая слабые электрические сигналы, которые длятся не более одной тысячной секунды. Эти импульсы, или спайки, представляют собой резкие подъемы в электрической активности нейрона (см. график). Спайки, известные разбирающимся в мозге людям как потенциал действия, выглядят одинаково у кальмара, крысы и у дяди Васи, обеспечивая успех в эволюции живых существ. Проносясь по аксону на скорости до нескольких сотен футов в секунду, спайки несут сигналы от мозга к руке достаточно быстро, чтобы успеть ее отдернуть и избежать укуса собаки или ожога раскаленной сковороды. Они позволяют любому животному избежать угрозы надвигающейся опасности и делают это очень быстро.
Импульс выполняет свою миссию, когда прибывает на конец аксона, где он видоизменяется. Каждый нейрон мозга получает химические сигналы от нескольких нейронов и в свою очередь посылает их другим. Взаимосвязь между нейронами работает на основе химических веществ — нейромедиаторов (или нейротрансмиттеров), выделение которых из небольшого пузырька на конце нейрона вызывается появлением спайка. Каждый нейрон производит и получает до нескольких сотен тысяч химических соединений (синапсов) с другими нейронами. Нейромедиаторы попадают на синаптический рецептор на теле клетки другого нейрона, вызывая, в свою очередь, дальнейшие химические и электрические сигналы. Все эти этапы от выделения медиатора до его попадания в другой нейрон — занимают около тысячной доли секунды.
