Семь с половиной уроков о мозге. Почему мозг устроен не так, как мы думали

Ваши 128 миллиардов нейронов непрерывно, днем и ночью, взаимодействуют друг с другом. Когда нейрон начинает передавать сигнал, тот по «стволу» попадает в «корни», заставляя их выделять в пространство между нервными клетками — синапс — определенные вещества.

Нейронная «проводка»

Затем эти вещества перемещаются через синапс к «ветвям» другого нейрона, побуждая его передавать полученный импульс дальше. Таким образом информация передается от одной нервной клетки другой.

Дендриты, аксоны и синапсы объединяют наши 128 миллиардов нейронов в единую сеть. Для простоты буду называть ее проводкой[33].

Сеть мозга работает постоянно. Не бывает так, что нейроны «сидят» и ждут, пока извне на них окажут влияние, побуждающее передавать сигналы. Нейроны постоянно «общаются» друг с другом. В зависимости от того, что происходит в организме и в окружающем его пространстве, «общение» протекает то более, то менее интенсивно, но при этом не прекращается ни на секунду до самого последнего дня вашей жизни.

Каждая нервная клетка посылает сигнал примерно пяти сотням других таких же клеток и получает — от нескольких сотен. В результате непрерывно происходит почти 500 триллионов взаимодействий. Это огромное количество. И оно было бы еще больше, если бы любой нейрон начал «общаться» не одновременно с сотнями других нейронов, а по отдельности с каждым из них. Но для поддержания работы такой сложной системы у мозга попросту не хватило бы ресурсов.

Итак, структура нашей «проводки» позволяет бережливо расходовать энергию и похожа на международную сеть авиалиний (да, опять будем использовать метафору), состоящую из примерно 17 тысяч связанных друг с другом аэропортов. Мозг обеспечивает передачу химических и электрических сигналов от одного нейрона к другим, как мы летаем самолетом из одного города в другой. Каждый аэропорт отвечает за организацию полетов в ограниченное число других аэропортов, а не во все — иначе ежегодное количество рейсов по всему миру увеличилось бы на несколько миллиардов и не хватило бы ни горючего, ни пилотов, и в конце концов вся система рухнула бы. Именно поэтому существуют аэропорты-хабы, снимающие нагрузку с остальных. Например, чтобы из Линкольна, штат Небраска, попасть в Рим, нужно сначала долететь до хаба Ньюарк в Нью-Джерси и уже оттуда отправиться в более длительный полет прямиком до Рима. Иногда, чтобы добраться до того или иного пункта назначения, приходится пересаживаться с одного рейса на другой дважды, то есть останавливаться в двух хабах. Эта система отличается гибкостью и способна подстраиваться под внешние изменения, поэтому она дает возможность любому аэропорту, даже если основное его назначение — перелеты по местным авиалиниям, — включиться в общую глобальную взаимосвязь.

Похожим образом организована и сеть нашего мозга. Нейроны делятся на множество скоплений, или «аэропортов», львиная доля которых заняты только локальным взаимодействием, то есть обмениваются сигналами лишь с близлежащими «аэропортами». Но есть и скопления-хабы, связывающие многие группы нейронов. У таких «хабов» длинные аксоны позволяют установить связь между далеко расположенными друг от друга нейронами.

Благодаря этому вся сеть, столь же сложная, как и связанные между собой аэропорты по всему миру, функционирует эффективно.

Скопления нейронов, связанные друг с другом «хабами»

Наличие нервных клеток, объединенных в группы, выполняющие роль хабов, помогает многим нейронам, даже если они в основном обмениваются импульсами только с ближайшими нервными клетками, участвовать в работе всей сети. Такова основа процесса, в ходе которого наш мозг передает сигналы между нервными клетками и принимает их.

Хабы, такие как уже упоминавшийся Ньюарк или лондонский Хитроу, будучи крупнейшими аэропортами, имеют огромное значение. И когда у них возникают какие-либо проблемы, то начинаются задержки и отмены рейсов во множестве других стран. Примерно к таким же трудностям приводит выход из строя некоторых из наших нейронных «хабов». Их простой может обернуться депрессией, шизофренией, дислексией, хроническими болями, деменцией, болезнью Паркинсона и т. п. Помогая контролировать и мозг, и весь организм в целом, не истощая при этом внутренние ресурсы, хабы представляют собой очень эффективную и оттого весьма уязвимую часть нервной системы.

За эти связанные друг с другом важные группы нервных клеток, дающие нам возможность экономно расходовать энергию, следует сказать спасибо естественному отбору. Ученые полагают, что в ходе эволюции нейроны организовались в сеть, потому что она была мощной и быстрой, но при этом была достаточно мала, чтобы поместиться в черепе.