"Майбутнє розуму": уривок із нової книги футуролога Мічіо Кайку

Мічіо Кайку – знаний футуролог і фахівець із теоретичної фізики.

У новій книзі-бестселері "Майбутнє розуму" він розповідає про неймовірні дослідження мозку людини, які нині ведуться у різних країнах світу.

Він пояснює принципи роботи мозку і показує, як технології майбутнього змінять наше повсякдення.

Український переклад книги випускає видавництво "Літопис". УП.Культура пропонує уривок із її першого розділу, присвяченого історії вивчення найтаємничішої частини організму людини.

Розділ І. Розкриття таємниці розуму

У 1848 році Фінеас Ґейдж працював на прокладанні залізничної колії у Вермонті, коли випадково вибухнув динаміт, і йому просто в обличчя полетів залізний прут завдовжки три фути й сім дюймів. Прут пронизав Ґейджеві передню частину мозку і вийшов назовні з верху голови, після чого пролетів іще вісімдесят футів і впав на землю. Інші робітники, шоковані побаченим, одразу ж викликали лікаря. На їхній превеликий подив (і навіть на подив лікаря), пан Ґейдж не загинув на місці.

Кілька тижнів Ґейдж був напівпритомний, але зрештою наче цілком одужав (2009 року в медіях з’явилась фотографія Ґейджа, на якій гарний, упевнений в собі чоловік з травмованою головою й лівим оком тримає в руці залізний прут).

Однак після цього випадку колеги Ґейджа почали помічати в його характері різкі зміни. Раніше він був веселим і товариським, а тепер став агресивним, брутальним та егоїстичним. Жінкам радили триматися від нього подалі. Доктор Джон Гарлов, який лікував Ґейджа, зауважив, що той став "примхливим і нерішучим, постійно розробляв плани, однак відмовлявся від них, навіть не почавши реалізовувати, заради інших, буцімто вигідніших проектів.

За інтелектуальними можливостями і вчинками він був дитиною, однак мав тваринні бажання сильного чоловіка".

Доктор Гарлов зазначив, що Ґейдж "радикально змінився" і що його співробітники казали, що "це вже не Ґейдж".

Після смерті Ґейджа 1860 року доктор Гарлов зберіг і його череп, і той пам’ятний прут. Пізніше докладне рентгенівське обстеження черепа підтвердило, що залізний прут сильно ушкодив ту частину мозку, яку називають лобною часткою, – і в лівій, і в правій півкулі.

Цей неймовірний випадок змінив не тільки життя Фінеаса Ґейджа, а й хід наукового розвитку. Доти побутувала думка, що мозок і душа – це дві різні сутності; цю філософію називають дуалізмом. Тепер же стало зрозуміло, що ушкодження лобної частки мозку Ґейджа спричинило різкі зміни його характеру. Це, своєю чергою, зумовило зміну парадигми наукового мислення: можливо, окремі ділянки мозку відповідають за конкретні види поведінки.

Мозок Брокá

У 1861 році, лише через рік після смерті Ґейджа, ця думка знайшла нове підтвердження у працях паризького лікаря П’єра Поля Брока. Брока описав одного пацієнта, який здавався цілком нормальним, за винятком того, що мав серйозне порушення мовлення. Цей пацієнт досконало розумів, що говорять інші, однак сам міг вимовити лише одне коротке слово "tan".

Після його смерті доктор Брока зробив розтин і пересвідчився, що в пацієнта була травмована ліва скронева частка мозку – ділянка біля лівого вуха. Пізніше доктор Брока зафіксував іще дванадцять випадків ушкодження в пацієнтів тієї ж ділянки мозку.

Сьогодні про людей з травмою скроневої частки мозку, зазвичай у лівій півкулі, кажуть, що вони страждають від афазії Брока. (Переважно пацієнти з таким розладом розуміють мову, але самі не можуть нічого сказати або ж "гублять" багато слів, коли говорять.)

Невдовзі після цього 1874 року німецький лікар Карл Верніке описав пацієнтів із протилежною проблемою. Вони вміли чітко артикулювати слова, однак не розуміли ні письмової, ні усної мови. Такі пацієнти часто говорили досить вільно, дотримуючись усіх пра- вил граматики й синтаксису, однак їхні слова не мали жодного сенсу. Прикро, але ці люди часто не усвідомлювали, що плетуть нісенітниці.

Після низки розтинів Верніке пересвідчився, що в таких хворих була ушкоджена трохи інша ділянка лівої скроневої частки мозку.

Праці Брока і Верніке стали основоположними в нейробіології, оскільки встановили чіткий зв’язок між поведінковими розладами – як-от порушення мовлення, – та ушкодженнями конкретних ділянок головного мозку.

Іще один прорив відбувся посеред хаосу війни. Упродовж історії людства релігія неодноразово забороняла анатомувати людське тіло, що серйозно гальмувало розвиток медицини. Однак під час війни, коли десятки тисяч солдатів вмирали на полі бою, стікаючи кров’ю, лікарі мусили терміново шукати якихось дієвих методів лікування.

Впродовж дансько-прусської війни 1864 року німецькому лікареві Ґуставу Фрічу довелося рятувати багатьох солдатів з відкритими ранами мозку, і він зауважив, що від доторку до однієї півкулі мозку здригалася переважно протилежна частина тіла.

Пізніше Фріч продемонстрував: якщо стимулювати мозок електричним струмом, то можна побачити, що ліва півкуля мозку керує правою частиною тіла і навпаки. Це було приголомшливе відкриття, яке засвідчило, що діяльність мозку має електричну природу і що конкретні ділянки мозку керують конкретними ділянками протилежної частини тіла. (Цікаво, що спробу стимулювати мозок електрикою вперше задокументували ще дві тисячі років тому давні римляни. Хроніки свідчать, що 43 року н. е. придворний лікар імператора Клавдія прикладав до голови пацієнта, якого мучили сильні головні болі, електричних скатів.3 )

Уявлення про те, що мозок сполучений з тілом електричними шляхами, почали систематично аналізувати лише в 1930-х роках, коли доктор Вайлдер Пенфілд почав працювати з хворими на епілепсію, які часто переживали тяжкі судомні напади, що загрожували їхньому життю. Останнім шансом для таких пацієнтів була операція головного мозку, при якій видаляють частини черепа й оголюють мозок. (Оскільки мозок не має больових рецепторів, людина протягом такої операції може бути притомна; тому доктор Пенфілд застосовував тільки місцеве знеболення.)

Доктор Пенфілд зауважив: коли він стимулював електродом ті чи інші частини кори головного мозку, то реагували різні частини тіла. І раптом він зрозумів, що може зобразити графічно зв’язки між окремими ділянками кори головного мозку і частинами тіла. Його рисунки виявилися настільки точними, що їх використовують дотепер у майже незмінному вигляді.

Вони справили величезне враження і на наукову громаду, і на широку публіку. На одному з рисунків зображено, яка ділянка мозку приблизно відповідає за яку функцію і наскільки важлива кожна з функцій. Приміром, оскільки кисті рук і рот для людини життєво важливі, то за них відповідає значна ділянка мозку, тимчасом як нервові рецептори спини на рисунку заледве помітні.

Щобільше, Пенфілд виявив, що від стимулювання ділянок скроневої частки мозку пацієнти раптом пригадують з неймовірною ясністю давно забуті епізоди. Він був шокований, коли один пацієнт посеред операції мозку зненацька заявив: "Я начебто… стояв на порозі шко- ли… чув, як мати розмовляє по телефону, просить тітку зайти до нас увечері".

Пенфілд зрозумів, що торкається спогадів, захованих глибоко в мозку. Коли 1951 року він опублікував результати своїх досліджень, вони знову докорінно змінили наше уявлення про мозок.

Карта мозку

До 1950–1960-х років науковцям удалося скласти приблизну карту головного мозку, виокремити окремі ділянки і навіть визначити функції деяких із них.

Неокортекс – зовнішній шар головного мозку, поділений на чотири частки. У людини неокортекс дуже розвинутий. Функція всіх часток мозку – обробляти сигнали від органів чуття; виняток становить лише лобна частка, що розташована за лобною кісткою.

Префронтальна кора – передня частина лобної частки – це те місце, де відбувається раціональне мислення. Інформація, яку ви зараз читаєте, опрацьовується у префронтальній корі мозку. Ушкодження цієї ділянки може порушити в людини здатність планувати й обдумувати майбутнє (як це сталося з Фінеасом Ґей- джем). У цій ділянці оцінюється інформація, що надходить від органів чуття, і плануються майбутні дії.

Тім’яна частка розташована вгорі мозку. Права півкуля відповідає за сенсорну увагу та образ тіла, ліва – за точні рухи і деякі аспекти мови. Ушкодження цієї ділянки може спричинити багато проблем, зокрема труднощі з розпізнаванням частин власного тіла.

Потилична частка розташована в задній частині мозку й опрацьовує візуальну інформацію, одержану від очей. Ушкодження цієї ділянки може призвести до порушень зору і сліпоти.

Скронева частка відповідає за мову (тільки ліва частина), а також за візуальне розпізнавання облич і деякі емоції. Від ушкодження цієї ділянки людина може розучитися говорити, а також перестати впізнавати знайомі обличчя.

Еволюція мозку

Якщо глянути на інші органи тіла, – скажімо, на м’язи, кістки чи легені, – то в їхній будові відразу вбачається очевидна логіка. Тим часом структура мозку здається доволі хаотичною. Насправді спроби скласти карту мозку часто називали "картографією для дурнів".

Щоб зрозуміти структуру мозку, – яка на перший погляд видається безладною, – доктор Пол Маклін з Національного інституту психічного здоров’я спробував розглянути мозок крізь призму теорії еволюції Чарлза Дарвіна. Він поділив головний мозок на три частини. (Подальші дослідження засвідчили, що ця модель потребує уточнення, однак ми використаємо її основний принцип, щоб пояс- нити загальну структуру мозку.)

Передусім він зауважив, що задня й центральна частини нашого мозку, де міститься стовбур, мозочок і базальні ядра, майже ідентичні мозкові рептилій. Це найдавніші структури мозку, відомі як "рептильний мозок"; вони відповідають за основні тваринні функції організму – рівновагу, дихання, травлення, серцебиття і кров’яний тиск.

Окрім того, вони контролюють такі види поведінки, як бійка, полювання, спарювання і захист території, що необхідні для виживання та розмноження. Мозок рептилій сформувався близько 500 мільйонів років тому.

Однак коли проходила еволюція від рептилій до ссавців, мозок теж став складнішим – утворилися цілком нові структури. Так з’явилася лімбічна система, що розташована біля центру мозку й оточує структури, які є і в мозку рептилій.

Лімбічна система розвинена у тварин, що живуть соціальними групами, зокрема в людиноподібних мавп. Також вона містить структури, що беруть участь у породженні емоцій. Динаміка соціальних груп буває доволі складною, і лімбічна система необхідна, щоб розрізняти потенційних ворогів, союзників та суперників.

До частин лімбічної системи, що відповідають за важливі для соціальних тварин види поведінки, належать:

• Гіпокамп. Це ворота пам’яті, де короткочасні спогади перетворюються на довгочасні. Назва цієї ділянки перекладається як "морський коник" і зумовлена її дивною формою. Від ушкодження гіпокампа людина втрачає здатність формувати нові довготривалі спогади. Така людина стає бранцем теперішнього часу.
• Мигдалина. Це місце зародження й усвідомлення емоцій, пе- редусім страху. Назва походить від слова "мигдаль".
• Таламус. Це щось на зразок релейної станції, що збирає сен- сорні сигнали від стовбура мозку й розсилає їх до різних діля- нок кори. Назва перекладається як "внутрішня кімната".
• Гіпоталамус. Ця ділянка регулює температуру тіла, добовий біоритм, голод, спрагу, а також деякі аспекти розмноження й насолоди. Вона розташована нижче таламуса – звідси й назва.

Нарешті, є ще третя, наймолодша ділянка мозку ссавців – кора, зовнішній шар мозку. Наймолодшою з погляду еволюції структурою кори головного мозку є неокортекс ("нова кора"), що керує вищою когнітивною поведінкою.

Найкраще неокортекс розвинутий у людини: він становить 80 відсотків маси мозку, хоч завтовшки лише як серветка. У щурів неокортекс гладенький, а в людей – зібраний у складки (звивини), завдяки чому в черепі людини вміщається мозок з великою загальною площею поверхні.

У якомусь сенсі мозок людини нагадує музей, де зберігаються залишки всіх попередніх стадій нашої еволюції впродовж мільйонів років, коли мозок розростався назовні й допереду і розширював свої функції. (Приблизно такий самий шлях проходить дитина після народження. Мозок немовляти збільшується назовні й допереду, мабуть, повторюючи стадії еволюції людини.)

Неокортекс виглядає скромно, однак зовнішність оманлива. Складну архітектуру мозку можна побачити у мікроскоп. Сіра речовина складається з мільярдів малесеньких клітин – нейронів.

Як у велетенській телефонній мережі, вони одержують повідомлення від інших нейронів через дендрити, що, наче вусики, ростуть з одного кінця нейрона. З іншого кінця нейрона відходить довге волокно, яке називають аксоном. Загалом, через дендрити аксон може сполучатися з десятьма тисячами інших нейронів.

[L]У точці сполучення аксона з дендритом є малесенька прогалина – так званий синапс. Синапси виконують функцію клапанів, що регулюють потік інформації в мозку. Особливі хімічні речовини – так звані нейромедіатори – можуть проникати в синапс і змінювати потік сигналів.

Такі нейромедіатори, як дофамін, серотонін і норадреналін, допомагають контролювати потік інформації, що рухається міріадами нейронних маршрутів мозку, і тому істотно впливають на наш настрій, емоції, думки й душевний стан.

Цей опис головного мозку схематично відображає стан науки в 1980-х роках. Проте вже в 1990-х роках, коли завдяки фізиці з’явилися нові технології, механізм мислення почав відкриватися нам до найменших подробиць, що й спричинило сучасний вибух наукових відкриттів.

Одним із двигунів цієї революції став магнітно- резонансний томограф.

Мічіо Кайку "Майбутнє розуму"

Переклад: Анжела Кам'янець

Видавництво "Літопис"

Заголовне фото: Yakobchuk/Depositphotos

Титульне фото на сторінці: klss777/Depositphotos