Чем занят мозг, когда он ничем не занят?

Начиная примерно с 1997 года, в научной печати появляется все больше статей, посвященных этому странному вопросу 

Первым, кто заинтересовался «бездействующим мозгом», был американский исследователь Соколов, который в 1950-е годы измерял количество кислорода, потребляемого мозгом человека при решении определенных задач (в его опыте это были арифметические действия), а также в состоянии расслабленности, с закрытыми глазами. Несмотря на грубость методики, Соколову удалось выявить некий парадокс: оказалось, что «бездействующий» мозг потреблял больше энергии, чем мозг, «работающий» над определенной задачей.

Эта непонятная активность бездействующего мозга долгое время оставалась загадкой, пока в 2001 году ею не занялись два нейролога из Медицинской школы Вашингтонского университета (США), Райхле и Шульман, которые применили для исследования новый метод сканирования функционирующего мозга, так называемый ПЭТ, или позитронно-эмиссионную томографию. В этом методе активные участки мозга выявляются с помощью введения в кровь биологических молекул, например глюкозы, помеченных короткоживущими радиоактивными атомами. При распаде атомы испускают позитроны, улавливаемые специальными приборами; места скопления этих частиц соответствуют наибольшему потреблению глюкозы, то есть наибольшей активности.

Исследования Райхле и Шульмана были вызваны желанием разобраться в давнем споре нейрологов — что является главным в работе нашего мозга. По мнению одних, мозг в основном отвечает на сиюминутные импульсы окружающей среды, то есть его основная деятельность рефлекторна; по мнению других, она рефлексивна, то есть мозг занят главным образом собственной внутренней жизнью, обрабатывая имеющуюся у него информацию с целью интерпретировать импульсы среды, ответить на них и по возможности даже предсказать. Располагая возможностью «увидеть», где и как потребляется в мозгу энергия (поступающая в виде глюкозы), Райхле и Шульман задумали решить этот вопрос «энергетически».

Результаты оказались неожиданными. Вообще, как известно, мозг, составляя всего 2% от веса нашего тела, потребляет 20% энергии, поступающей в организм, что поразительно много. На какую же работу идет эта огромная (в масштабах тела) энергия? Данные томографии показали, что от 60 до 80% идет на «разговоры» нейронов друг с другом или с поддерживающими клетками, то есть на ту самую «внутреннюю» работу мозга, тогда как на сиюминутные требования внешней среды (решение конкретных задач, в том числе и то, что мы называем «размышлением», например, при выполнении каких-нибудь логических, арифметических и т.п. операций) уходит от 0,5 до 1,0%!

На что же расходуется эта «темная энергия мозга», как назвал ее Райхле? Что представляет собой та «внутренняя» работа мозга, которая нуждается в такой большой энергии? Судя по этим энергетическим затратам, она явно не сводится к хаотическому циркулированию каких-то отрывочных и малосодержательных сигналов по нервным сетям, так сказать, к «потоку сознания», «грезам наяву». Чтобы расшифровать эти загадочные мозговые процессы, Райхле и Шульман решили сравнить результаты сканирования мозга при решении им конкретных задач и в состоянии предельного отсутствия внешних импульсов и задач, при полной расслабленности и к тому же с закрытыми глазами. Оказалось, что во втором случае — в состоянии, так сказать, «полного безделья» — в мозгу на самом деле активизированы определенные участки, причем всегда одни и те же, образующие связную полосу, идущую через кору левого полушария спереди назад. Эти участки «вспыхивали активностью», как только мозг отключался от решения каких-либо конкретных задач или даже просто «глазения», и гасли, когда он возвращался к этой «сознательной» деятельности. Иными словами, как только мозг переставали «отвлекать» внешними импульсами или задачами, он тотчас возвращался к своему основному, так сказать, «базисному» состоянию работы над чем-то «своим».

По аналогии с базисным состоянием компьютера и других сложных систем, Райхле и Шульман назвали это состояние мозга «дефолтным» (default mode), а самую активную в этом состоянии полосу коры — дефолтной нервной сетью (default network). Как показали измерения, эта сеть в момент своей активности потребляла (на каждый грамм своего веса) на 30% больше кислорода, чем другие участки мозга в то же время. Оказалось, далее, что дефолтная сеть включает как раз те участки мозга, которые, судя по прежним данным, связаны со всем тем, что задевает нас лично, относится к нашему «я», вызывает те или иные персональные эмоции.

С другой стороны, выяснилось, что в состоянии дефолта эта сеть непрерывно «общается» (то есть обменивается нервными сигналами) с гиппокампом — тем мозговым ядром, которое, как давно уже установлено, отвечает за оперативное (временное) хранение воспоминаний о недавно пережитых нами эпизодах и событиях (эти воспоминания называются эпизодической или еще автобиографической памятью, чтобы отличить их от воспоминаний об абстрактных фактах или понятиях).

Сопоставляя все эти результаты,исследователи «дефолта» заключили, что в то время, когда мозг, по видимости, не занят ничем, он в действительности весьма занят и не просто беспорядочным и лениво текущим «потоком сознания», а высоко организованной (не случайно на это требуется повышенная энергия) деятельностью по обработке недавно полученного опыта. И это не формально логическая его организация, а глубоко субъективная обработка применительно к нашему «я», процеженная через наше персональное восприятие, то есть что-то вроде сортировки и эмоциональной оценки того, что каждое из этих воспоминаний означает для нашего «я» — хорошо это, плохо и так далее и непрестанное комбинирование всех этих уже «эмоционально помеченных» воспоминаний друг с другом во все новых и новых возможных сочетаниях.

Такая обработка любой приходящей извне информации, несомненно, должна помогать мозгу находить решения различных задач, включая реакции на различные возможные ситуации в будущем. Иными словами, работа дефолтной нервной сети наверняка должна содержать также нечто вроде репетиций возможного будущего. Комбинируя и примеряя на наше «я» различную информацию, получаемую из оперативной памяти гиппокампа, дефолтная нервная система создает — и оценивает — различные возможные сценарии будущего и тем самым приготовляет нас к нему. По словам Райхле, дефолтная нервная сеть выполняет функции «бодрствующего часового», постоянно озирающего как горизонт внешнего мира, так и мир нашего «я», чтобы приготовить нас к возможному будущему на основании нашего прежнего опыта. «Мозг, — говорит Райхле, — занят в основном предсказанием, и на это уходит главная часть его энергии».

Не стоит и говорить, насколько эта работа важна для выживания, и, возможно, именно потому мозг занимается ею все свое «свободное» время, как только сознание освобождает его от решения конкретных задач и своего прямого надзора. Впрочем, по мнению исследователей, «между состоянием «дефолта» и сознанием наверняка существует непрерывная и двухсторонняя связь». Сознание каким-то образом получает доступ к результатам обработки личного опыта, проделанной дефолтной нервной сетью помимо его, сознания, участия, и использует эти результаты в своих целях. Наверно, именно о таком внезапном появлении в нашем сознании результатов деятельности «дефолтного» («бессознательного») мозга мы и говорим, что «ответ (на какой-нибудь мучивший нас вопрос) как будто выскочил из головы». В этой связи вспоминается замечательное предвидение великого американского психолога Уильяма Джеймса, который еще в 1890 году писал, как об «основном законе восприятия», что «в то время как одна часть наших восприятий приходит к нам от органов чувств, другая (и, может быть, главная часть) приходит, фигурально выражаясь, «из нашей головы».

Последующие исследования расширили представления науки об этом замечательном феномене «деятельности бездеятельного мозга». В 2003 году было обнаружено, что состояние дефолта сопровождается необычными ритмичными флуктуациями нервной активности — своего рода медленными (с периодом 10 — 20 секунд) волнами, которые затрагивают в основном только дефолтную нервную сеть, как бы «сшивая» ее воедино. Эти медленные волны дефолта весьма напоминали те волны, которые прокатываются в мозгу во время первой стадии сна. Еще больше это сходство дефолта и раннего сна выявилось в новых работах, в которых выявилось, что эти волны имеют место в мозгу анестезированных обезьян и у усыпленных людей.

Все это может означать, что сон на его ранней стадии — это разновидность дефолтного состояния, когда дефолтная нервная сеть совершает обычную для нее работу по перебору и «сортировке» полученной за день информации в соответствии с ее субъективной важностью. В случае подтверждения такая гипотеза может усилить позиции тех исследователей сна, которые давно подозревали, что его главной (и жизненно важной) функцией является обработка и закрепление дневной информации, а также «репетиции» возможного будущего.

Источник: "Знание - Сила"