10 сентября 1945 года фермер Ллойд Олсен отрубил голову цыпленку, как делал сотни раз до этого. Обстоятельства произошедшего обезглавливания противоречивы: одни источники утверждают, что цыпленок был предназначен для семейного ужина, другие говорят, что он был одним из десятков цыплят для продажи на мясном рынке. Как бы то ни было, мы точно знаем одно: на этот раз топор фермера прошел немного выше, чем обычно, и после обезглавливания цыпленок убежал с места расправы (вообще-то такое часто бывает с курами). Однако дальше случилось небывалое: Олсен оставил цыпленка на ночь в закрытой коробке, и когда на следующее утро вышел проверить, что с ним, обнаружил, что цыпленок все еще жив. Он спокойно переночевал, спрятав под крылом шею и то, что осталось от головы, и вроде бы совершенно не собирался помирать в ближайшее время.

Олсен дал необычному цыпленку имя Майк. Майк мог ходить и довольно ловко балансировать на жердочке, кроме того, он порывался кукарекать и чистить перья, но это уже выходило не так удачно. Заинтригованный фермер решил посмотреть, как долго сможет прожить цыпленок без головы. Он стал поить его через пипетку смесью воды с молоком и кормить, помещая зерна и червяков пинцетом прямо в пищевод Майка. Кроме того, Олсен регулярно удалял слизь.

Рассказ о мозге невозможен без знакомства с терминологией. Если мы хотим научиться ездить на автомобиле, неплохо бы отличать капот от багажника, пассажирское кресло — от кресла водителя, выучить, где находятся педали тормоза, газа и переключения передач, а также названия и смысл деталей, рычагов и кнопок, которые придется использовать водителю. Иначе инструктор просто не сможет объяснить нам, как всем этим пользоваться.

С мозгом примерно так же: наша психика устроена очень сложно, а мозг «оборудован» множеством важных штучек, отвечающих за те или иные процессы.

Задачи, кажущиеся простыми, решаются благодаря сложным процессам внутри мозга, большинство из которых мы даже не осознаем.

Итак, даже беглый взгляд на то, как устроен мозг, может поразить неподготовленного читателя обилием анатомических деталей, новых терминов и колоссальной сложностью этого самого важного органа, внутри которого помещается все богатство нашего внутреннего мира: сознание, мышление, чувства, убеждения и принципы, память и планы на будущее, страхи и надежды — короче, все, что составляет прелесть и ужасы жизни вида с чрезвычайно разросшимся и сложным мозгом, то есть человеческого существа.

Несмотря на сложное устройство мозга, в его строении и работе можно выделить что-то вроде общего плана, который помогает ориентироваться в том, где и как происходят различные процессы в мозге. Если совсем упростить, в мозге можно выделить что-то вроде территории разума, к которой относятся отделы, расположенные сверху и снаружи, и нечто похожее на территорию чувств — она прячется снизу и изнутри. Естественно, две эти области не разделены и активно взаимодействуют друг с другом, но каждая из них имеет свои каналы доступа к системе принятия решений, внутри которой вырабатывается план ближайших действий.

На рубеже XX–XXI веков появилось несколько культовых фильмов, ставивших под сомнение незыблемость реальности, данной нам в ощущениях, — «Темный город» (1998), «Матрица» (1999) и «Тринадцатый этаж» (1999). Во всех трех фильмах в центре сюжета герои, которые живут в иллюзорном мире, но воспринимают его как настоящий и до поры до времени не подозревают о подмене. Когда смотришь такое кино, невольно задаешься вопросом о том, насколько реален мир, который мы ощущаем, и как это проверить, если нельзя доверять ощущениям. Можно ли обмануть мозг и заставить его видеть и слышать не то, что есть на самом деле?

Ученые до сих пор не до конца понимают, как мозг интерпретирует электрические сигналы, поступающие в него.

Это отчасти философский вопрос (особенно касательно того, что мы знаем о «на самом деле» и существует ли оно вообще за пределами нашей психики). Но чтобы решить такую невообразимо сложную задачу и заставить мозг услышать и увидеть то, чего нет на самом деле, для начала нужно разобраться с более простой проблемой — понять, каким образом реальные звуки и изображения кодируются в мозге. Однако даже это современной науке пока еще не по зубам: простая задача оказывается совсем не такой простой, и сотни и тысячи ученых уже много лет ломают над ней головы.

Зрительное восприятие можно разделить на два этапа: то, что происходит со светом внутри глаза, и обработку зрительной информации, отправляемой по зрительным нервам, внутри мозга. Начальный этап, на первый взгляд, напоминает работу фотокамеры (хотя даже здесь все намного сложнее, чем в фотокамере), а второй не имеет с фото- или видеофиксацией ничего общего.

Принципиальное устройство глаза действительно напоминает фотокамеру: спереди расположена система фотофиксации, а сзади находится чувствительная матрица, на которую попадает изображение. Передняя часть глаза работает на фокусировку и может регулировать поток света, попадающий внутрь, а задняя улавливает и анализирует сфокусированный свет. Фокусное расстояние изменяется с помощью хрусталика: его растягивает специальная цилиарная мышца, меняя радиус кривизны, фокусируясь на предметах вдали или, наоборот, перед самым носом. Радужная оболочка придает глазам цвет и может менять диаметр зрачка, регулируя размер диафрагмы — отверстия, через которое свет попадает в глаз.

Слух играет в жизни человека особую роль, потому что люди разговаривают — обмениваются сведениями и впечатлениями, используя язык и способность уха воспринимать и моментально расшифровывать звуки речи собеседника. Когда человек говорит, воздух из его легких проходит через гортань с голосовыми складками и заставляет их вибрировать. Такие же вибрации издают и другие звучащие объекты — музыкальные инструменты, скрипящие двери, сталкивающиеся бильярдные шары, разбивающиеся тарелки и падающие на пол ножи и вилки. Эти механические колебания воздуха мы и воспринимаем как звуки.

С точки зрения слушателя звук можно описать как громкий или тихий и как низкий или высокий: на языке физических процессов им соответствуют амплитуда и частота колебаний воздуха.

Человеческое ухо способно слышать звуки в широком диапазоне частот — от 20 до 20 000 Гц, при этом звуки человеческой речи попадают в диапазон 100–10 000 Гц.

Вначале было электричество. В том смысле, что долгий путь к созданию гомункула начался с того, что Луиджи Гальвани взял дохлую лягушку и заставил ее задние лапы дергаться и сокращаться при помощи электрических разрядов в область седалищных нервов. Гальвани заинтересовался происходящим и решил лучше разобраться с тем, почему электричество заставляет мертвую лягушку трепыхаться, словно она живая. Он подошел к феномену не как физик, а как физиолог: тщательно исследовал вновь открытое явление и заключил, что электричество способно оживлять обездвиженные мышцы, потому что заменяет собой электрические импульсы, которые в живом организме генерирует головной мозг. Так Луиджи Гальвани стал отцом-основателем электрофизиологии, а сотни его последователей начали изучать биоэлектричество и его роль в жизни животных.

Следующими в ряду праотцов гомункула стали Густав Фрич и Эдуард Гитциг: они решили посмотреть, что будет, если стимулировать не периферические нервы, а кору головного мозга животных. Оказалось, что реакция будет зависеть от того, куда конкретно направить электрический разряд. Если стимулировать участки мозга, расположенные примерно посередине каждого из полушарий, можно наблюдать сокращения мускулов на противоположной стороне тела животного.

Если анализ информации от органов чувств начинается с первичной зрительной и слуховой коры, то в случае движений первичная моторная кора (ее еще сокращенно называют М1) — конечная станция двигательного планирования. Это и есть та двигательная полоска, от которой сигналы идут уже непосредственно к мотонейронам, управляющим отдельными мышечными волокнами. Первичная моторная кора, запускающая движения, — это узкий участок коры, идущий спереди вдоль центральной борозды, разделяющей лобную и теменную долю. Сзади от той же центральной борозды идет примерно такой же узкий участок, отвечающий за чувствительность нашего тела — соматосенсорная кора. И над М1 существует целая начальственная иерархия из структур двигательного контроля, которые занимаются тем, как соотнести наши хотелки и нужды с поведением, то есть как преобразовать наши высокие (или не очень) намерения в подходящую для этих целей последовательность мышечных сокращений.

Даже для того, чтобы намеренно не двигаться, мозг активирует отделы, отвечающие за контроль движений.

Например, если кто-то просит уступить ему место, вариантов может быть примерно три: встать и уступить место, отказаться вставать или же просто проигнорировать просьбу. Во всех трех случаях нужно реализовать ту или иную двигательную программу — напрячь мышцы ног и корпуса, чтобы встать, задействовать речевой аппарат (открыть рот и сказать «нет») или отвести взгляд и по возможности не подавать вида, что просьба вообще прозвучала. Даже для того, чтобы ничего не делать и никуда не двигаться, требуется работа отделов двигательного контроля — от принятия решения до его последствий (мозг обязательно отслеживает, к чему привела та или иная реакция, чтобы использовать это в будущем).

Мне хотелось бы написать, что мы разобрались с двигательными отделами в коре больших полушарий, но нет, это еще не конец. Внутри мозга между большими полушариями есть еще два моторных отдела коры, которых снаружи не видно, поэтому они долгое время оставались скрытыми от ученых, изучавших двигательный контроль с помощью электрической стимуляции.

Речь идет о моторных зонах М3 и М4, спрятанных с изнанки больших полушарий в центре поясной коры. Эти отделы тесно связаны с лимбической системой: она отвечает за эмоции, определяет ценность стимулов, с которыми мы сталкиваемся, восприимчива к наградам и наказаниям. Похоже, что как раз через эти спрятанные от глаз ученых двигательные зоны эмоции управляют нашим поведением.

Непроизвольное и намеренное выражение эмоций на лице заметно отличаются друг от друга.

Мозжечок — это буквально маленький мозг. Так называют особый небольшой отросток с очень характерной поверхностью (и внутренним строением), расположенный между большими полушариями и спинным мозгом. Размеры мозжечка примерно в десять раз меньше размеров большого мозга, однако поразительным образом на этот скромный объем приходится 80 % всех нейронов головного мозга — 69 миллиардов нейронов из 86! В то же время на кору больших полушарий приходится 82 % от массы мозга и какие-то жалкие 19 % всех нейронов. В общем, если учитывать не только объемы, но и принимать в расчет число нервных клеток, еще неизвестно, кто тут большой мозг, а кто маленький.

Зачем же небольшому мозжечку такая невероятная плотность нервных клеток? Чем они там заняты в таком количестве? Как это часто бывает, у ученых на этот счет есть множество увлекательных версий. Во всяком случае совершенно ясно, что внушительные вычислительные мощности мозжечка используются для того, чтобы максимально четко координировать самые разнообразные движения. Это могут быть мелкие, ювелирные манипуляции кистей рук; стремительные и энергичные прыжки, толчки и махи спортсменов, идущих на мировые рекорды; сложнейшие, отточенные движения танцоров и акробатов, когда малейшая осечка, промедление или спешка могут обернуться серьезной травмой и поломанной карьерой.

Базальные ганглии — это отдел в подкорке мозга, который занимается проблемой выбора. В то время как мозжечок разбирается с тем, как делать, базальные ганглии, пытаются решить, что именно. Действительно, даже если стремительное движение руки к кнопке лифта получилось верхом изящества (благодаря мозжечку), это не особенно поможет, если палец в итоге устремился к кнопке двенадцатого этажа вместо пятого. Хорошо, если в каком-то случае проблема выбора вообще не стоит, и нам абсолютно ясно, что делать. Гораздо сложнее определяться с выбором, когда есть несколько конфликтующих вариантов. Совсем плохо, если вариантов нет никаких, а что-то делать все равно надо, приходится действовать наугад. В любом из этих вариантов в дело вступают базальные ганглии.

Базальные ганглии прячутся в основании переднего мозга, глубоко внутри больших полушарий. Это самые крупные подкорковые ядра в мозге человека: снаружи находится крупное овальное образование с хвостом, которое, как матрешка, прикрывает собой еще два, спрятанные одно под другим. Это полосатое тело, состоящее из скорлупы и хвостатого ядра, под которым прячутся два сегмента бледного шара — внешний и внутренний. Еще сюда относят два небольших ядра: субталамическое, которое получило свое название, потому что расположено в среднем мозге прямо под таламусом, и черная субстанция, расположенная прямо под субталамическим ядром.

Где же в мозге прячется память? Первым, кто попытался ответить на этот вопрос, был Карл Лешли. Для этих целей он проводил эксперименты на крысах: обучал их ориентироваться в лабиринте и пытался найти область мозга, ответственную за память животных о том, куда повернуть, чтобы найти еду. Первоначально идея Лешли состояла в том, что память — это усиление связи между определенными зонами мозга: скажем, в одной зоне хранится правильная последовательность движений в лабиринте, а в другой — информация о том, что в конце лабиринта поджидает лакомство. Чтобы крыса правильно ориентировалась в лабиринте, ей нужно знать, куда двигаться, чтобы достичь цели. Бежать по лабиринту в правильную сторону крыса будет только в том случае, если она одновременно знает направление и цель своих действий, которые связаны между собой в единое воспоминание. Если разрушить эту связь, можно добиться того, что крыса забудет, как (или ради чего) ей бегать по лабиринту.

Кора головного мозга отвечает в том числе и за запоминание, например, маршрутов к цели.

Гиппокамп прячется глубоко внутри мозга, и до него не так-то просто добраться, чтобы как следует разглядеть. На рисунке на странице 175 в левом нижнем углу изображен вид головного мозга снизу; в левом полушарии все закрывающие гиппокамп отделы мозга, включая внешние слои височной коры, удалены, чтобы обнажить гиппокамп и расположенное чуть спереди и ближе к середине мозга миндалевидное тело. В правом полушарии темный сегмент показывает примерное расположение участка мозга, который удалили Генри Молисону в обоих полушариях. Сверху на рисунке, показывающем срез мозга, изображен гиппокамп и как он выглядит, если отделить его от окружающих тканей.

Карлу Лешли не повезло: гиппокамп снаружи не увидишь, он расположен с изнанки мозга и спрятан в подворотах височной доли. В поисках места, где формируются воспоминания, Лешли до гиппокампа так и не добрался.

У любого воспоминания в нашей памяти есть свой жизненный цикл. Перед тем как стать воспоминанием, информация поначалу поступает в мозг в виде опыта, полученного нами в ощущениях, затем обрабатывается сенсорными системами мозга и уже оттуда попадает в гиппокамп.

На первом этапе формирования памяти поступающая информация кодируется внутри гиппокампа в памятный след. Разрозненные элементы происходящего соединяются в объединенное представление, отдельные люди, их реплики и действия, звуки, объекты и запахи составляются в цельный эпизод, который хранится в гиппокампе и связанных с ним отделах. Затем памятный след проходит этап консолидации — с течением времени некоторые детали стираются из памяти, остальное прочнее закрепляется в сети воспоминаний.

Именно в гиппокампе информация, поступающая в мозг, кодируется, чтобы преобразоваться в памятный след.

Есть ли пределы емкости у человеческой памяти и каковы они? Ответ на этот вопрос во многом будет зависеть от того, говорим ли мы о конкретном человеке или человечестве вообще. Дело в том, что люди очень отличаются по возможностям своей памяти, и во многом эти различия определяются нашими генами. Считается, что ресурсы нашей памяти на 50–70 % связаны с наследственностью: если человеку достались неудачные гены, его возможности улучшить память далеко не безграничны.

Если мы что-то знали, но забыли, во второй раз будет проще и быстрее это выучить.

Тем не менее память можно тренировать: мнемонические техники и упорные тренировки (особенно помноженные на хорошую наследственность) порой дают поистине невероятные результаты. Люди дошли до того, что соревнуются друг с другом в запоминании информации.

Надо сказать, что мозг развивался в ходе эволюции вовсе не как устройство для хранения данных, а как система управления поведением, способная обеспечить выживание и продолжение рода. Главная задача мозга — постоянно анализировать поступающую информацию, чтобы решить, как дальше действовать, а затем отследить, к чему это привело. Память о том, что произошло в прошлом, может быть очень полезна, когда мы вновь предстаем перед проблемой выбора.

Мозг постоянно анализирует поступающую информацию, для этого ему важно уметь помнить… и забывать.

Проблема в том, что не все детали произошедшего в нашем прошлом одинаково полезны. Скажем, человеку предлагают взять на себя новую срочную задачу и ему нужно немедленно дать ответ. В такой ситуации очень кстати будет вспомнить о том, чем закончились прошлые похожие случаи — благодарностью от руководства или тем, что исполнителя в итоге сделали крайним и свалили на него все шишки. Но, чтобы определиться с ответом, бесполезно вспоминать, какое число было тогда на календаре или какая погода была за окном.

Что происходит, когда мы ничем не заняты? На первый взгляд, ничего особенного. Примерно как в детском стишке: «Кто на лавочке сидел, кто на улицу глядел, Толя пел, Борис молчал, Николай ногой качал». Ничего особенного не происходит — ни снаружи, ни внутри. Что интересного может быть в таком необычно простом вопросе и ответе на него?

Оказывается, и в самом вопросе, и в ответе кроется много любопытного. Так часто бывает в науке. До XIX века никто не задавался вопросом о том, почему параллельные прямые не пересекаются и сколько их проходит через точку в пространстве: математики не сомневались, что только одна. А в XIX веке Николай Лобачевский задумался, так ли уж однозначен ответ на этот вопрос, и создал первую неевклидову геометрию. Точно так же ответ на вопрос о том, что происходит в мозге, когда человек ничем не занят и предоставлен сам себе, открывает новое измерение в работе нашего мозга — существование разных функциональных сетей и режимов работы мозга. Но обо всем по порядку.

В разное время, в зависимости от стадии технического прогресса, мозг сравнивали с поршневым двигателем, телеграфом и компьютером.

Примерно треть всей своей жизни человек проводит во сне — никакое другое занятие не занимает столько нашего времени. Треть жизни просто на то, чтобы лежать в постели с закрытыми глазами, совершенно не реагируя на происходящее вокруг, — другими словами, чтобы спать. Почему нельзя отказаться от сна, просто заменив его отдыхом или выгадав это время на что-то более интересное? Ну или, по крайней мере, сократить его время до четырех часов или даже двух? Зачем нам столько спать? Что же такого важного происходит, пока человек спит?

В «Википедии» статья о сне начинается так:

«Сон (лат. somnus) — естественное физиологическое состояние, противоположное состоянию бодрствования, характеризующееся пониженной реакцией на окружающий мир».

Кофе заряжает энергией и поднимает настроение, помогает проснуться или справиться с усталостью и напряжением в середине тяжелого дня. В мире, где работоспособность и эффективность становятся для людей новой религией, энергия очень важна. Некоторые оценивают приложенные усилия и степень напряженности работы перед дедлайном объемами выпитого кофе: «Неделя бессонных ночей, десять литров выпитого кофе, пять килограммов шоколада, и вот наконец наш проект готов!»

В чем же секрет кофе и почему миллионы людей во всем мире не могут представить себе продуктивный рабочий день без него?

Состояние алкогольного опьянения способно преобразить человека. Тот другой из цитаты Эмиля Кроткого способен на очень многое из того, о чем человек в трезвом состоянии боялся бы и помыслить.

Многие смешные истории начинались с того, что их главные действующие лица напивались и переставали себя контролировать — впрочем, некоторые страшные и трагичные истории начинались с того же. Люди по пьяной лавочке лезут в драки, танцуют на столах, принимаются откровенничать и выбалтывать секреты, идут купаться в неизвестных водоемах. С наступлением цифровой эпохи пятно позора после неудачной пьянки может стать практически несмываемым, так что напиваться на корпоративах и вечеринках сейчас опаснее, чем раньше. Теперь пьяные выходки могут прославить человека на весь интернет, а не просто послужить предметом для шуток в узком кругу знакомых.

Так что же такого алкоголь делает с людьми? Перед тем как рассказать о том, что знают об этом ученые, нужно пояснить, почему нам известно не так уж много. Ученым непросто разобраться с тем, почему алкоголь влияет на поведение тем или иным образом и как именно это происходит. Есть несколько обстоятельств, которые все здорово усложняют: