Загадки мозга человека: 12 вопросов, на которые наука ещё ищет ответы

Загадки мозга человека не означают, что учёные ничего не знают о его работе. Исследователям хорошо известны основные отделы мозга, строение нервных клеток, многие способы передачи сигналов и последствия повреждения отдельных областей.

Современные методы позволяют наблюдать активность мозга, записывать сигналы нейронов и изучать связи между разными участками. Однако между описанием отдельных процессов и полным пониманием мышления остаётся огромный промежуток.

Мозг состоит из множества типов клеток, соединённых сложной сетью. Их активность постоянно меняется под влиянием ощущений, прошлого опыта, состояния организма и окружающей среды. Поэтому нельзя найти одну точку, где хранятся личность, сознание или все воспоминания человека.

1. Как активность клеток превращается в сознание

Одна из крупнейших загадок заключается в происхождении субъективного опыта. Учёные могут увидеть, какие области мозга становятся активнее, когда человек рассматривает изображение, слышит музыку или испытывает боль.

Но регистрация активности ещё не объясняет, как электрические и химические процессы создают внутреннее ощущение цвета, звука, вкуса или собственного существования.

Исследователи предлагают разные теории сознания. Одни связывают его с широким распространением информации между областями мозга. Другие обращают внимание на степень объединения сигналов или на процессы прогнозирования.

Пока ни одна теория не получила окончательного подтверждения и не объяснила все наблюдаемые явления.

2. Как мозг объединяет ощущения в единую картину

Зрительная система отдельно обрабатывает цвет, форму, глубину и движение. Другие области одновременно анализируют звук, прикосновение, положение тела и сигналы внутренних органов.

Несмотря на такое разделение, человек воспринимает не набор независимых характеристик, а целый объект. Мы видим движущийся автомобиль определённого цвета, слышим его двигатель и понимаем, где он находится.

Науке известны многие участники этого процесса, но полного объяснения того, как распределённая активность связывается в единое переживание, пока нет. Эту задачу иногда называют проблемой связывания.

Она особенно заметна при изучении иллюзий, когда мозг объединяет данные необычным образом и человек воспринимает то, чего физически нет.

3. Где именно находится воспоминание

Воспоминания не хранятся в мозге как отдельные видеозаписи. При запоминании изменяются связи между нервными клетками, а разные части события могут обрабатываться разными системами.

Зрительные детали, звуки, эмоции и значение одного воспоминания связаны с распределёнными сетями. При попытке вспомнить событие мозг заново собирает его из этих элементов.

Исследователи знают, что гиппокамп особенно важен для образования многих новых воспоминаний. Но он не является единственным «хранилищем памяти». Со временем некоторые воспоминания всё больше зависят от сетей коры головного мозга.

Остаётся не до конца понятным, как конкретный опыт сохраняется на десятилетия и каким образом мозг находит нужную комбинацию связей.

4. Каждое воспоминание немного меняется

Память не всегда воспроизводит события точно. Когда человек вспоминает прошлое, воспоминание может временно стать изменяемым, после чего сохраняется снова.

На его содержание влияют новые сведения, эмоции, вопросы собеседника и многократные пересказы. Поэтому человек может быть абсолютно уверен в детали, которой не было.

Этот процесс не означает, что вся память ненадёжна. Благодаря способности изменяться она помогает обновлять знания и приспосабливать прошлый опыт к новой ситуации.

Учёные продолжают выяснять, какие воспоминания изменяются легче, почему одни детали сохраняются точно и можно ли безопасно воздействовать на болезненные воспоминания без искажения личности.

5. Механизм забывания остаётся сложнее обычной потери данных

Забывание часто представляют как постепенное стирание информации. В действительности человек может не иметь доступа к воспоминанию, хотя некоторые его следы продолжают существовать.

Причиной забывания может стать:

• ослабление связей;
• вмешательство похожих воспоминаний;
• отсутствие подходящей подсказки;
• изменение контекста;
• недостаточное внимание при запоминании;
• нарушение работы определённых систем мозга.

Забывание выполняет и полезную функцию. Если бы мозг одинаково подробно сохранял все разговоры, предметы и ощущения, поиск важной информации стал бы чрезвычайно трудным.

Исследователи пытаются понять, как мозг решает, что сохранить, что ослабить и какие сведения восстановить при появлении нужного контекста.

6. Назначение сновидений не сводится к одному объяснению

Сновидения особенно часто связывают с фазой быстрого сна, но они могут возникать и на других его стадиях. Во время сна мозг не выключается: меняется взаимодействие его систем, обрабатывается информация и регулируются важные функции организма.

Существуют разные предположения о роли сновидений. Они могут быть связаны с обработкой эмоций, укреплением памяти, моделированием возможных ситуаций или побочным результатом ночной активности мозга.

Ни одно универсальное толкование конкретных образов научно не подтверждено. Один и тот же сон у разных людей может быть связан с совершенно разным опытом.

Также не существует надёжного словаря, позволяющего поставить диагноз по приснившемуся предмету или событию.

7. Мозгу необходим сон, но все его функции ещё изучаются

Сон важен для внимания, памяти, эмоциональной устойчивости, обмена веществ и нормальной работы многих систем организма. Его длительное ограничение ухудшает способность мыслить и принимать решения.

Но учёные продолжают исследовать, почему организму потребовалось состояние, во время которого человек частично теряет контакт с окружающей средой.

В течение ночи меняются активность нервных сетей, гормональная регуляция и обработка накопленной информации. Некоторые воспоминания укрепляются, а другие связи могут ослабевать.

Остаются вопросы о том, какие процессы требуют определённых стадий сна и почему потребность в его продолжительности отличается у разных людей.

8. Общая анестезия выключает сознание не так, как обычный сон

Человека под общей анестезией иногда описывают как глубоко спящего. Однако анестезия и естественный сон — разные состояния.

Анестетики воздействуют на передачу сигналов и взаимодействие между областями мозга. Человек перестаёт осознавать происходящее и обычно не формирует воспоминания о процедуре.

Механизмы действия конкретных препаратов известны достаточно хорошо, но переход между сознанием и его отсутствием представляет большой научный интерес. Исследования анестезии помогают выяснять, какие связи необходимы для поддержания осознанного опыта.

Важно, что анестезия является медицинской процедурой, требующей контроля дыхания, кровообращения и других показателей. Её нельзя считать просто искусственно вызванным сном.

9. Ощущение времени создаётся несколькими системами

В мозге не найдено единственных часов, отвечающих за любое восприятие времени. Для оценки миллисекунд, минут и длительных промежутков могут использоваться разные нейронные механизмы.

Время кажется короче во время интересного занятия и тянется медленнее при ожидании или страхе. После насыщенного события прошедший период, наоборот, может казаться длиннее, потому что в памяти осталось много деталей.

На восприятие времени влияют:

• внимание;
• эмоции;
• новизна;
• память;
• ожидания;
• состояние организма;
• возраст;
• некоторые лекарственные вещества.

Учёные изучают, как мозг сравнивает длительность событий и создаёт непрерывное ощущение прошлого, настоящего и будущего.

10. Дежавю не является доказательством воспоминания из будущего

Дежавю — это ощущение, будто новая ситуация уже происходила. Оно может возникнуть у здорового человека и обычно длится недолго.

Одно из возможных объяснений связано с работой систем узнавания и памяти. Текущая ситуация по каким-то признакам кажется знакомой, но человек не может определить источник этого чувства.

В других случаях новая сцена может напоминать ранее виденное место по расположению объектов, освещению или общей структуре, хотя сознательного воспоминания не возникает.

Редкие и краткие эпизоды обычно не указывают на заболевание. Но часто повторяющееся дежавю, особенно в сочетании с потерей контакта с окружающими, необычными запахами, движениями или спутанностью сознания, следует обсудить с врачом.

11. Мозг постоянно предсказывает окружающий мир

Зрительная система получает не идеально полную картину. В каждом глазу имеется область, где зрительный нерв выходит из сетчатки и отсутствуют светочувствительные клетки. Обычно человек не замечает этот слепой участок.

Мозг использует данные второго глаза и окружающие детали, чтобы заполнить пробел. Похожие процессы происходят при распознавании плохо видимого объекта или понимании речи в шумном помещении.

Восприятие создаётся из двух источников:

• сигналов органов чувств;
• ожиданий, основанных на прошлом опыте.

Поэтому иллюзии не обязательно означают ошибку или слабость мозга. Они показывают правила, с помощью которых он строит наиболее вероятную модель происходящего.

Исследователи продолжают выяснять, насколько сильно ожидания влияют на то, что человек видит и слышит.

12. Восстановление после повреждения трудно предсказать

После инсульта или травмы некоторые функции могут частично восстановиться. Нервные сети способны изменять связи и перераспределять отдельные задачи. Это свойство называют нейропластичностью.

Но пластичность не означает, что повреждение мозга полезно или что любой утраченный навык обязательно вернётся. Исход зависит от места и размера повреждения, возраста, общего здоровья, скорости медицинской помощи и последующей реабилитации.

Сообщения о внезапном появлении выдающихся способностей после травмы чрезвычайно редки и часто упрощаются при пересказе. Намного чаще повреждение вызывает проблемы с движением, речью, памятью, вниманием или эмоциональной регуляцией.

Механизмы восстановления изучены не полностью. Учёные стремятся понять, как поддерживать полезную перестройку мозга, не вызывая нежелательных изменений.

Мозг не работает только на десять процентов

Популярный миф утверждает, что человек использует лишь десятую часть мозга, а остальные области можно каким-то образом «активировать».

Исследования мозга не подтверждают эту идею. Разные участки выполняют разные функции и становятся активнее в зависимости от задачи. Они не обязаны работать с максимальной интенсивностью одновременно.

Если бы 90% мозга не использовались, повреждение большинства его областей не имело бы заметных последствий. В действительности даже сравнительно небольшое поражение может нарушить речь, зрение, движение, память или поведение.

Во время отдыха мозг также остаётся активным. Он регулирует внутренние органы, обрабатывает сигналы и поддерживает работу сетей, не связанных с текущей внешней задачей.

Число нейронов не объясняет интеллект полностью

В человеческом мозге насчитывается приблизительно 86 миллиардов нейронов, но количество клеток — лишь одна характеристика.

Большое значение имеют:

• типы нейронов;
• количество и сила связей;
• организация сетей;
• работа вспомогательных клеток;
• химические сигналы;
• способность связей изменяться;
• взаимодействие мозга с телом.

Нейроны не работают изолированно. Они образуют сети, активность которых меняется во времени. Поэтому построение полного перечня клеток ещё не даст готового объяснения мышления.

Необходимо понять не только устройство системы, но и её работу во время ощущения, решения задачи или формирования воспоминания.

Карта связей мозга остаётся незавершённой

Совокупность нервных связей называют коннектомом. Исследователи создают карты крупных проводящих путей и сетей, используя магнитно-резонансную томографию и другие методы.

Однако человеческий мозг содержит колоссальное количество микроскопических соединений. Они изменяются под влиянием обучения, возраста, сна, заболеваний и жизненного опыта.

Даже два здоровых человека не обладают полностью одинаковой структурой связей. Поэтому невозможно создать одну универсальную схему, которая во всех деталях описывает каждый мозг.

Кроме анатомического соединения необходимо знать, в каком направлении передаётся сигнал, когда связь активируется и как она меняет работу остальных клеток.

Личность не находится в одной области

Черты характера, привычки и способность контролировать поведение связаны с работой распределённых систем. Особенно важны сети, участвующие в эмоциях, памяти, принятии решений и социальном взаимодействии.

Повреждение мозга иногда действительно меняет поведение человека. Но это не означает, что личность располагается в одной конкретной точке.

На неё влияют наследственность, развитие, воспитание, культура, опыт и состояние организма. Мозг постоянно изменяется, но при этом человек обычно сохраняет ощущение непрерывности собственного «я».

То, как мозг поддерживает эту непрерывность на протяжении десятилетий, остаётся важным вопросом нейронауки и философии.

Источники психических расстройств нельзя свести к одному веществу

Депрессию, тревожные расстройства и другие состояния иногда объясняют простым «дисбалансом одного химического вещества». Такое описание слишком упрощает современные научные представления.

В развитии расстройств могут участвовать:

• наследственные особенности;
• работа нейронных сетей;
• жизненный опыт;
• стресс;
• физическое здоровье;
• сон;
• окружающая среда;
• социальные условия.

Нейромедиаторы действительно играют важную роль, но они действуют внутри сложных систем. Даже одинаковый диагноз может проявляться у людей по-разному и требовать индивидуального лечения.

Информационная статья не позволяет поставить диагноз. При длительных изменениях настроения, памяти, сна или поведения следует обращаться к квалифицированному специалисту.

Каждое новое открытие уточняет общую картину

Выражение «мозг совершенно не изучен» неправильно. Наука уже накопила огромные знания об анатомии, клетках, электрических сигналах, ощущениях, движении и заболеваниях нервной системы.

Неразгаданными остаются не все процессы, а наиболее сложные уровни их организации. Исследователям необходимо соединить знания о молекулах, клетках, сетях, поведении и субъективном опыте.

Для этого разрабатываются новые методы наблюдения за активностью клеток, более подробные атласы и компьютерные модели. Каждое открытие отвечает на часть вопросов, но одновременно показывает новые уровни сложности.

Именно поэтому загадки мозга человека продолжают привлекать учёных. Этот орган исследует самого себя — и пока не обладает полной картиной собственного устройства.