Мозговой трест. 39 ведущих нейробиологов – о том, что мы знаем и чего не знаем о мозге

Ценность тела для нашего поведения и восприятия реальности отражается в том, как оно изменяет и формирует нервную систему в процессе развития. Уже в младенческом возрасте мы хорошо умеем определять источник звука, но наше тело постепенно растет, а форма ушей меняется. И мозг постоянно калибрует себя, подстраиваясь под изменения фильтрующих свойств ушей. По сути, наша слуховая система настолько зависит от формы ушей, что для правильного функционирования ей приходится ждать, пока тело начнет ей соответствовать. Зафиксировав активность слуховых нейронов у очень молодого животного, вы обнаружите, что с точки зрения точности определения источника звука нейроны работают не слишком эффективно. Это принято списывать на незрелость всей нервной системы. Но если вы снабдите молодое животное ушами взрослой особи (это можно сделать с помощью технологии виртуальной реальности, которая позволяет направить непосредственно в слуховой канал животного звук, отфильтрованный взрослым ухом), то слуховые нейроны вдруг заработают эффективно и точно определят источник звука. Таким образом, именно тело управляет функционированием нервной системы, а не наоборот.

Приведем другой пример того, как тело формирует нервную систему. У самцов млекопитающих в спинном мозге есть специализированная зона, участвующая в управлении мочеиспусканием и эрекцией (у человека она называется «ядро Онуфа»; ядро в мозге — это просто группа плотно расположенных клеток). У самок тоже есть эта зона, но меньшего размера. Разница в размерах обусловлена разницей в форме мужского и женского тела. Это очевидно, учитывая, что ядро Онуфа среди прочего управляет эрекцией, но сам механизм возникновения различий весьма изящен[461]. На ранних стадиях развития и у самцов, и у самок есть мышцы, которые могут управлять эрекцией и мочеиспусканием: бульбокавернозная мышца и леватор заднего прохода. В обеих мышцах есть рецепторы тестостерона, но на ранних стадиях развития только детеныши мужского пола вырабатывают много тестостерона. Сохранение мышцы зависит от тестостерона, который связывается с рецепторами. Недостаток тестостерона у детенышей женского пола приводит к дегенерации этих мышц; бульбокавернозная мышца исчезает совсем, а леватор заднего прохода уменьшается в размере. Нервная система, в свою очередь, искусно приспосабливается к ситуации, сохраняя нужное количество нейронов, не больше и не меньше. Для выживания нейрону необходимы молекулы питательных веществ (трофические факторы), которые они получают из мышц; чем массивнее мышца, тем больше трофических факторов доступно нейронам и тем большее число нейронов может выжить. Когда у женщин из-за недостатка тестостерона атрофируются бульбокавернозная мышца и леватор заднего прохода, то снижается количество трофических факторов и ядро Онуфа уменьшается в размерах — многие нейроны отмирают. Это лишь один из примеров того, как тело формирует нервную систему в процессе развития.

Тело не только фильтрует входящие и исходящие сигналы и формирует нервную систему; его физические свойства облегчают работу мозга[462]. Животные зачастую издают много разных звуков, используемых для коммуникации. Напрашивается предположение, что каждый отдельный звуковой сигнал генерируется определенным паттерном активности нейронов. Однако ученые выяснили, что части голосового аппарата (голосовые связки и голосовой тракт) взаимодействуют нелинейно, то есть случайным образом, в зависимости от мощности воздушного потока, проходящего через систему, и/или силы натяжения голосовых связок. Эта нелинейность позволяет издавать самые разные звуки без сложных паттернов активности нейронов. Если вы когда-нибудь пытались взять слишком высокую ноту, то вам знаком по меньшей мере один тип нелинейности — у вас срывался голос. Другой пример — развитие голосового аппарата. У некоторых видов обезьян детеныши лопочут, как младенцы, и издают длинные последовательности разных звуков[463]. Различие типов вокализации не является следствием отдельных паттернов активности нейронов — это один и тот же паттерн, который просто усиливается или ослабляется. При этом нелинейность звукового аппарата приводит к генерации разных звуков. Поведение не всегда определяется нервной системой посредством особых паттернов активности; на поведенческое разнообразие влияют и физические особенности тела.