Читать книгу Эволюция мозга. Драконы Эдема - Карл Саган - Страница 5

Головной мозг современных рыб представлен главным образом средним мозгом с крохотным передним мозгом, у современных амфибий и рептилий это выглядит совсем иначе (рис. 6). И тем не менее ископаемые останки самых ранних из известных позвоночных показывают, что основное разделение современного мозга на задний, средний и передний уже существовало. Пятьсот миллионов лет назад в первозданном море плавали рыбоподобные существа, называемые остракодермами и плакодермами, чей головной мозг уже имел явные признаки того же деления, что и наш. Но относительные размеры и значение этих компонентов и даже выполняемые ими функции были, конечно, весьма отличны от сегодняшних. Самое привлекательное здесь – это, пожалуй, история последовательного разрастания и специализация трех наслоений мозга, надстраивающихся над спинным, промежуточным и средним мозгом. После каждого следующего эволюционного шага старые части мозга по-прежнему продолжают существовать и функционировать. Но к ним добавляется новое наслоение с новыми функциями.

Главным представителем этой точки зрения сегодня является Поль Мак-Лин, руководитель лаборатории эволюции мозга и поведения Национального института умственного здоровья. Одна из особенностей его работы состоит в том, что она проводится на многих различных животных, от ящериц до саймири (беличьих обезьян). Другая заключается в том, что МакЛин и его коллеги тщательно изучали «социальное» и всякое иное поведение этих животных, чтобы понять, какая из частей мозга управляет тем или иным видом поведения.

Рис. 6. Схематическое изображение мозга рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающего в их сравнении друг с другом (мозжечок и продолговатый мозг являются частями заднего мозга): 1 — обонятельные луковицы; 2 — передний мозг; 3 – средний мозг; 4 — мозжечок; 5 – продолговатый мозг

У беличьих обезьян с характерными «готическими» отметками на лице существует своего рода ритуал встречи с себе подобными. Самцы обнажают зубы, трясут прутья решетки своих клеток, издают клич высокого тона, который, вероятно, для их сородичей является сигналом устрашения, и поднимают ноги, чтобы продемонстрировать свою мужскую силу. Такое поведение в любом современном людском собрании граничило бы с непристойностью, но в стае беличьих обезьян оно совершенно нормально и служит для поддержания иерархического подчинения.

Мак-Лин обнаружил, что повреждение одного маленького участка мозга беличьей обезьяны лишает ее возможности вести себя подобным образом, но в то же время никак не влияет на другие формы поведения, например половое или оборонительное. Этот участок находится в древнейшей части переднего мозга, то есть в том отделе, который присущ не только людям и другим приматам, но также и тем млекопитающим и рептилиям, которые были нашими предками. Похоже, что у млекопитающих-неприматов и у рептилий сходное ритуализированное поведение управляется тем же участком мозга, но повреждение его может приводить к распаду других автоматизированных форм поведения – таких, например, как ходьба или бег.

У приматов часто может быть обнаружена связь между половым поведением и положением на иерархической лестнице. Среди японских макак «социальный» ранг поддерживается и усиливается путем ежедневных наскакиваний: самцы низшей касты принимают позы подставления, характерные для самок в период половой охоты, а самцы высшего ранга походя и чисто ритуально наскакивают на них. Эти наскакивания имеют весьма малое половое значение, они служат в качестве легко понимаемого символа власти и подчинения, устанавливая своего рода «кто есть кто» в сложном «общественном» устройстве обезьяньего стада.

В одном из экспериментов по изучению поведения беличьих обезьян ученые наблюдали за Каспаром, самцом-доминантом, намного более активным, чем все другие в стае. Ему принадлежали две трети всех зарегистрированных случаев демонстрации полового поведения, однако все они были направлены на взрослых самцов. Каспар за все время эксперимента ни разу не спаривался ни с одной самкой. Тот факт, что он активно стремился к доминированию, но весьма вяло – к половым контактам, позволяет полагать, что хотя обе эти функции базируются на одних и тех же системах организма, но они совершенно различны. Исследователи, изучавшие эту стаю, пришли к заключению: «Половое поведение следует рассматривать как наиболее эффективный социальный сигнал в групповой иерархии. Оно ритуализованно и, как представляется, имеет смысл „Я – хозяин". Скорее всего, оно произошло из сексуальной активности, но используется для социального общения и отделено от функций размножения. Другими словами, это ритуал, возникший из полового поведения, но служащий социальным целям, а не целям размножения».

Существование поведенческих, равно как нейро-анатомических, связей между половым поведением, агрессивностью и доминированием подтверждается многими исследованиями. Ритуалы брачных игр кошачьих и многих других животных в начальной стадии едва отличимы от драки. Известно, что домашние кошки иногда громко и притворно мурлычут, в то время как их лапы дерут обивку мебели или царапают хозяина.

Из опытов, аналогичных тем, что проводились с беличьими обезьянами, Мак-Лин вывел весьма привлекательную модель структуры и эволюции мозга, которую он назвал триединым мозгом. «Мы должны, – говорит он, – посмотреть на себя и на мир глазами трех совершенно различных личностей», две из которых не вооружены речью. Человеческий мозг, считает Мак-Лин, «равнозначен трем взаимосвязанным биологическим компьютерам», из которых каждый имеет «свой собственный разум, свое собственное чувство времени и пространства, собственную память, двигательную и другие функции». Каждый мозг соответствует одному крупному эволюционному шагу. Все три мозга различаются нейроанатомически и функционально, и в каждом из них совершенно различно распределение таких нейрохимических агентов, как дофамин и холинэстераза.

В наиболее древней части человеческого мозга находится спинной мозг, продолговатый мозг и варолиев мост (которые вместе образуют задний мозг) и, наконец, средний мозг. Комбинацию из спинного мозга, заднего и среднего мозга Мак-Лин называет «нейрошасси». Оно включает в себя все необходимые механизмы для воспроизводства и самоподдержания организма, включая регуляцию сердечной деятельности, кровообращения и дыхания. У рыб и амфибий эти отделы, по существу, и составляют весь мозг. Но рептилии или высшие животные, у которых удален передний мозг, по словам МакЛина, «также лишены движения и цели, как экипаж, покинутый водителем».

Мне думается, что большой судорожный эпилептический припадок, grand mal, если продолжить это сравнение, можно представить себе как заболевание, при котором все «водители» сбежали из-за электрического шторма в мозге и в распоряжении несчастной жертвы

мгновенно не осталось ничего, кроме самого нейрошасси. Это страшное ухудшение состояния здоровья временно отбрасывает больного на несколько сот миллионов лет назад. Недаром древние греки, назвав болезнь именем, которое мы до сих пор употребляем, считали эпилепсию наказанием, наложенным богами. Очевидно, они сумели распознать истинный характер этого заболевания.

Мак-Лин различает три типа «водителей» нейрошасси. Владения самого древнего из них расположены вокруг среднего мозга (и состоят главным образом из того, что нейроанатомы называют olfactostriatum, corpus striatum, globus pallidus). Этот «водитель» общий у нас со всеми другими млекопитающими, а также рептилиями. По всей вероятности, он возник несколько сот миллионов лет назад. Мак-Лин называет его комплексом рептилий или, проще, P-комплексом. Вокруг P-комплекса расположена лимбическая система. Она общая у нас со всеми другими млекопитающими, но в своей законченной форме уже отличается от той, что есть у рептилий. Она возникла, скорее всего, более ста пятидесяти миллионов лет назад. И наконец, новая кора, неокортекс, вне сомнения, самое последнее эволюционное приобретение мозга, окружающее все остальные его части.

Как и у других высших млекопитающих и приматов, у человека эта новая кора относительно велика. Чем выше на эволюционной лестнице стоит млекопитающее, тем большую часть его мозга составляет неокортекс. Более всего развит он у нас (а также у дельфинов и китов). Появилась новая кора десятки миллионов лет назад, в эпоху возникновения человека. Схематически мозг представлен на рис. 7. А на рис 8. дано сравнение лимбической системы и новой коры головного мозга трех современных млекопитающих. Примечательно, что концепция триединого мозга хорошо согласуется с выводом о том, что появление млекопитающих и приматов (особенно человека) сопровождалось крупными сдвигами в эволюции мозга В предыдущей главе эти сдвиги охарактеризованы количественно сопоставлением массы мозга с массой тела.

Рис. 7. Чрезвычайно схематическое изображение рептильного комплекса, лимбической системы и новой коры головного мозга человека (по Мак-Лину)

Очень трудно основывать прогрессивное развитие на видоизменении жизненно важных структур, поскольку любой шаг тут грозит оказаться смертельным. Но капитальных изменений можно добиться, надстраивая новые системы поверх старых. Здесь уместно вспомнить и идею рекапитуляции, выдвинутую в XIX веке немецким анатомом Эрнстом Геккелем, которая прошла через несколько циклов научного признания и отрицания. Геккель утверждал, что во время внутриутробного развития животные повторяют – рекапитулируют – последовательность своих предков, сменявших друг друга при эволюционном развитии данного вида. И в самом деле, человеческий зародыш проходит стадии, весьма сильно напоминающие рыб, рептилий и млекопитающих-неприматов, прежде чем приобрести явно человеческий облик. В той стадии, когда он похож на рыбу, человеческий эмбрион имеет даже жаберные щели, которые для него совершенно бесполезны, поскольку плод питается через пуповину. Но они необходимы для эмбриологии: раз жаберные щели были жизненно важными органами для наших далеких предков, то, очевидно, и нам необходимо их иметь, когда мы проходим соответствующую стадию внутриутробного развития. Мозг человеческого зародыша также развивается «изнутри кнаружи» и, грубо говоря, проходит через следующую последовательность: нейрошасси, P-комплекс, лимбическая система, новые области коры (см. рис. 19, где показано внутриутробное развитие человеческого мозга).

Рис. 8. Схематическое изображение вида сверху и вида сбоку головного мозга кролика, кошки и обезьяны. Темным показаны области лимбической системы, особенно хорошо различимые на видах сбоку. Светлые участки с бороздами – новая кора, хорошо представленная на видах сверху

Причины рекапитуляции могут быть следующими. Естественный отбор имеет дело только с индивидуумами, а не с видами и тем более не с яйцами или зародышами[13]. Таким образом, эволюционные изменения возникают лишь после появления живого существа на свет. Зародыш может обладать такими чертами, которые не имеют ни малейшего приспособительного значения после рождения, как, например, те же жаберные щели у млекопитающих, но, коль скоро они не создают никаких серьезных проблем для зародыша и исчезают до рождения, черты эти могут сохраниться. Наши жаберные щели – это напоминание не о древней рыбе, а о зародыше древней рыбы. Многие новые системы органов развиваются не путем добавления и сохранения, но путем изменения старых систем, как, например, плавники превратились в ноги, а ноги – в ласты или крылья, лапы – в ладони и ступни, сальные железы – в молочные, жаберные дуги – в слуховые кости, кожные чешуи – в акульи зубы. Таким образом, эволюционное развитие путем добавления и сохранения функций ранее существовавших структур может происходить благодаря одной из двух причин: или старая функция так же нужна, как и новая, или нет возможности отказаться от старой системы, поскольку она связана с выживанием.

Рис. 9. Полученная с помощью электронного микроскопа фотография маленького растения, называемого красной водорослью. Его научное название – Porphyridium cruentum. Хлоропласт, фотосинтезирующая фабрика этого организма, занимает почти всю клетку. Фотография сделана с увеличением в 23 000 раз доктором Элизабет Гантт в лаборатории радиационной биологии Смитсонианского института

В природе есть много других примеров этого вида эволюционного развития. Возьмем наудачу лишь один из них – рассмотрим, почему растение зеленое. В процессе фотосинтеза растения используют энергию красной и фиолетовой частей спектра солнечного света и с ее помощью разлагают воду, образуя углеводороды и удовлетворяя другие свои нужды. Но Солнце посылает значительно больше света в желтой и зеленой частях спектра, нежели в красной или фиолетовой. Растения, обладающие всего лишь одним фотосинтезирующим пигментом хлорофиллом, не используют самую насыщенную часть солнечного спектра. Многие растения с опозданием «заметили» этот факт и осуществили соответствующее изменение: в них развились другие пигменты (например, каротиноиды и фикобилины), которые отражают красный свет и поглощают желтый и зеленый. Прекрасно. Но отказались ли эти растения от хлорофилла? Нет, не отказались. На рис. 9 изображена фотосинтезирующая фабрика красной водоросли. Ее волокна содержат хлорофилл, а маленькие шарики, прикрепленные к этим волокнам, содержат фикобилин, который, собственно, и делает красную водоросль красной. Эти растения по-прежнему передают энергию, полученную ими от зеленой и желтой части солнечного спектра, хлорофиллу, который, как и раньше, служит посредником между светом и химическими реакциями в процессе фотосинтеза, хотя энергия света была первоначально поглощена не им. Природа не может выбросить хлорофилл и заменить его другим, лучшим пигментом, поскольку хлорофилл слишком глубоко вплетен в ткань жизни. Растения, имеющие дополнительные пигменты, безусловно, отличаются от других. Они более эффективны, но и в них в самом центре процесса фотосинтеза продолжает трудиться хлорофилл, пусть и с меньшей ответственностью, чем раньше. Я думаю, что эволюция мозга протекала аналогичным образом. Глубинные, древние образования все еще остаются в строю.

1. Р-комплекс

Если верна точка зрения, изложенная выше, следует ожидать, что P-комплекс в человеческом мозге все еще в некотором смысле выполняет функции динозавра, а лимбическая кора занята перевариванием «мыслей» пум и ленивцев. Вне сомнения, каждый новый шаг на пути эволюции мозга сопровождается изменениями в физиологии ранее существовавших его частей. На P-комплексе должны были сказываться изменения в среднем мозге и так далее. Более того, мы знаем, что управление многими функциями организма распределено по различным участкам мозга. Но в то же время было бы странно, если бы те части мозга, что расположены ниже новой коры, не продолжали работать, по сути, так же, как у наших отдаленных предков.

Мак-Лин показал, что P-комплекс играет важную роль в агрессивном ритуальном и территориальном поведении, а также в установлении социальной иерархии. Поразительно, как много из нашего действительного поведения – в отличие от того, что мы говорим и думаем о нем, – может быть описано в терминах, применяемых обычно по отношению к рептилиям. Например, убийцу мы обычно называем хладнокровным. Макиавелли советовал следовать своему принципу «сознательно растить в себе зверя».

Эти идеи частично предвосхитила Сюзанна Лангер, американский философ, которая писала: «Человеческая жизнь насквозь пронизана ритуалами, как и жизнь животных. Она представляет собой сложные переплетения разумного и обрядового, знания и религии, прозы и поэзии, фактов и вымысла… Ритуал, как и искусство, – это, по существу, конечное выражение символического преобразования опыта. Он рождается в коре больших полушарий, а не в «старом мозге», но он рождается благодаря элементарным потребностям, поскольку орган этот достиг человеческого уровня». За исключением того факта, что P-комплекс является «старым мозгом», слова эти абсолютно справедливы.

Новая кора занимает у человека около 85 процентов головного мозга, что, конечно, указывает на ее важность по сравнению со стволом мозга, P-комплексом и лимбической системой. Нейроанатомия, историческая наука и самонаблюдения дают многочисленные свидетельства тому, что люди вполне способны противостоять искушению подчиняться любому импульсу, идущему от рептилианской части нашего мозга. Например, «Билль о правах» американской конституции никоим образом не мог бы быть создан или записан Р-комплек-сом. Именно наша пластичность, наше долгое детство дают людям больше, чем кому-либо еще на Земле, возможность не следовать рабски тому эталону поведения, что запрограммирован в нас генетически. Но если триединый мозг может служить точной моделью поведения людей, то нет никакого резона игнорировать комплекс рептилии, присущий человеческой природе, в частности наше ритуальное и иерархическое поведение. Наоборот, эта модель может помочь нам понять, что на самом деле представляет собой человеческое существо[14]. (Например, я думаю, что ритуальные аспекты многих психических заболеваний, скажем гебефренической шизофрении, могут явиться результатом повышенной активности некоего центра в P-комплексе или же неспособности некоторого участка новой коры подавить или вообще выключить P-комплекс. И не является ли часто наблюдаемое ритуализированное поведение маленьких детей следствием незавершенности развития новых областей коры их головного мозга?)

Всему этому удивительно соответствуют слова Гильберта К. Честертона: «Вы можете избавить вещи от действия чуждых или случайных законов, но не от законов их собственного естества… Не пытайтесь… побуждать треугольники вырваться из темницы, образованной тремя их сторонами. Если треугольник вырвется из трех своих сторон, жизнь его придет к прискорбному концу». Но не все треугольники являются равносторонними. Указать каждому компоненту триединого мозга его истинную роль вполне в нашей власти[15].

2. Лимбическая система

Выяснилось, что лимбическая система генерирует сильные или особо яркие эмоции. Отсюда сразу же следует еще один вывод относительно комплекса рептилии: для него характерны не бурные страсти и саднящие душу противоречия, а послушное и бесстрастное осуществление любого поведения, диктуемого генами или мозгом.

Электрические разряды внутри лимбической системы иногда вызывают симптомы, сходные с теми, что бывают при психозах или при приеме психоделических или галлюцинногенных средств. И в самом деле, мишени, на которые действуют многие психотропные средства, находятся именно в лимбической системе. Вероятно, она управляет весельем и страхом, а также множеством тонких эмоций, про которые принято думать, что они являются чисто человеческими.

«Главная железа», гипофиз, который оказывает влияние на другие железы и управляет эндокринной системой человека, расположена в самой глубине лимбической системы. Известно, что нарушения в работе эндокринной системы приводят к резким изменениям настроения, а это дает некоторый намек на те связи, что существуют между деятельностью лимбической системы и психологическим состоянием человека. В состав лимбической системы входит образование миндалевидной формы, называемое миндалиной и принимающее существенное участие в механизмах страха и агрессивности. Мирные и спокойные домашние животные становятся почти неправдоподобно буйными или же испытывают непреодолимый страх при электрическом раздражении их миндалин. В одном из таких экспериментов кошка в ужасе съеживалась перед обычной маленькой белой мышкой. Напротив, обычно свирепые животные, такие, как рысь, становятся покорными и позволяют гладить и ласкать себя, если только у них удалена миндалина. Нарушения в работе лимбической системы могут вызвать ничем не объяснимые приступы ярости, страха или чувствительности. Тот же результат может давать и естественное перевозбуждение – те, кто страдает от подобного рода заболеваний, порой испытывают настолько не соответствующие обстоятельствам эмоции, что их считают ненормальными.

По крайней мере, некоторую роль в механизме воздействия на эмоции таких лимбических эндокринных систем, как гипофиз, миндалина и гипоталамус, играют выделяемые ими гормоны – особые белковые вещества, которые влияют на деятельность других частей мозга. Самым известным из них является, вероятно, адренокортикотропный гормон гипофиза (АКТГ), способный воздействовать на столь несхожие между собой функции мозга, как удержание зрительных образов, тревожность и объем внимания. Есть данные о том, что в третьем желудочке мозга, который соединяет таламус и гипоталамус, то есть в области, тоже входящей в лимбическую систему, обнаружены некоторые относительно небольшие белки, выделяемые гипоталамусом. Схема на рис. 10 может помочь представить себе анатомию тех структур мозга, о которых шла речь в предыдущих абзацах.

Рис. 10. Схематическое изображение продольного разреза человеческого мозга, в котором большую часть занимает неокортекс, а меньшую – лимбическая система и ствол мозга, или задний мозг. P-комплекс не показан

Имеются основания думать, что начала альтруистического поведения также таятся в лимбической системе. Действительно, за редкими исключениями (главным образом к ним относятся общественные насекомые) млекопитающие и птицы являются единственными организмами, которые уделяют существенное внимание заботе о подрастающем поколении. Эта развившаяся в процессе эволюции способность обеспечивает долгий период пластичности и благодаря этому позволяет воспользоваться огромными возможностями по переработке информации, которой обладает мозг млекопитающих и приматов. Очевидно, любовь – это изобретение млекопитающих[16].

Многое в поведении животных доказывает справедливость той точки зрения, что сильные эмоции развивались главным образом у млекопитающих и, хотя и в меньшей степени, у птиц. Я думаю, не вызывает сомнения привязанность домашних животных к людям. Хорошо известно, что многие млекопитающие-матери горюют, когда у них отнимают их детенышей. Интересно, насколько далеко заходят такого рода эмоции? Не бывает ли у лошадей порой проблесков патриотического пыла? Не испытывают ли собаки по отношению к людям нечто похожее на религиозный экстаз? Какие другие сильные и слабые чувства знают животные, ничего нам о них не сообщая?

Наиболее старая часть лимбической системы – обонятельная кора – ответственна за различение запахов, эмоциональное воздействие которых испытало на себе большинство людей. Способность удерживать события в памяти и вспоминать во многом связана с гиппокампом, структурой, расположенной внутри лимбической системы. Это очевидным образом следует из того, что при повреждении гиппокампа возникают серьезные нарушения памяти. Знаменита история больного Г. М., в течение долгих лет страдавшего эпилептическими припадками, вследствие чего ему была сделана операция, во время которой были удалены участки мозга, с обеих сторон примыкающие к гиппокампу. В результате снизилась частота и сила припадков, но больной потерял память. Он сохранил способность к восприятию, мог усваивать новые двигательные навыки, но забывал все, что происходило более часа назад. Сам он характеризовал свое состояние так: «Каждый день проходит сам по себе – какую бы радость или печаль он мне ни принес». Он описывал свою жизнь как непрерывное продление того чувства дезориентированности в мире, какое многие из нас испытывают, пробуждаясь ото сна, когда очень трудно бывает вспомнить, что произошло только что. Весьма любопытно, что, несмотря на грубые нарушения психики, его IQ (коэффициент интеллектуальности) после операции повысился. Он мог отчетливо различать запахи, но затруднялся указать источник каждого из них. Он проявлял так же ясно выраженное безразличие в вопросах пола.

В другом случае молодой американский летчик был ранен на шуточной дуэли с другим военнослужащим – острие рапиры прошло через его правую ноздрю, задев ту небольшую часть лимбической системы, что расположена чуть выше носа. В результате память его пострадала, хотя и не так серьезно, как у больного Г. М. При этом многие из его интеллектуальных способностей и способностей к восприятию остались прежними. Повреждение его памяти было особенно заметно на словесном материале. Вдобавок несчастный случай сделал его импотентом и нечувствительным к боли. Однажды он расхаживал босиком по нагретой солнцем металлической палубе прогулочного судна, не сознавая, что ступни ног его сильно обгорели, пока другие пассажиры не стали жаловаться на неприятный запах горелого мяса. Сам же он ни боли, ни запаха не чувствовал.