Краткая история тела. 24 часа из жизни тела: секс, еда, сон, работа

Среди заданий были и классические двойные – управлять симулятором вождения и одновременно считать тройками в обратном порядке от 862, – и тест Струпа – читать список названий цветов, написанных разными цветами, причем названия цветов иногда совпадают, а иногда не совпадают с цветом надписи (например, слово «синий» написано красным); испытуемый должен быстро называть цвета надписей, а не читать слова.

Мои результаты в обоих тестах были плачевными, хотя и не намного хуже средних. Подростки, которые привычны к видеоиграм, часто получают высокие оценки за симуляторный тест, но тест Струпа заводит в тупик даже их. Поскольку чтение – процесс в большей степени автоматический, чем распознавание и называние цветов, скорость прохождения этого теста зависит от способности испытуемого сконцентрироваться только на надписи, одновременно подавив стремление прочитать ее вербальный контент. Попробуйте сами: выговорить «красный» при взгляде на слово «синий», напечатанное красным, гораздо сложнее, чем произнести слово «красный», напечатанное красным цветом, потому что в первом случае два мыслительных процесса находятся в противофазе. (Ходят слухи, что в 1950-х годах тест Струпа использовали для выявления русских шпионов. Названия цветов были написаны по-русски. Если испытуемые медлили перед произнесением слов, это означало, что они понимают язык, на котором написаны слова, и могут быть вражескими агентами.)

Способность людей выполнять два дела одновременно ограничена также нашей оперативной памятью. Если, дойдя до конца этого предложения, вы сможете вспомнить его начало, скажите спасибо своей оперативной памяти. Известная также как кратковременная, или оперативная, память, она помогает вам удерживать в голове несколько фактов или мыслей (большинство людей способно удержать от пяти до девяти) и оперировать ими в течение короткого времени – не более нескольких минут – при решении проблемы или выполнении задания, например вспомнить номер телефона, пока вы ищете карандаш.

Когда вы беседуете по мобильному телефону и одновременно пытаетесь следить за движением на дороге, вы напрягаете свою оперативную память, как и другие исполнительные функции, такие как способность менять цели в сознании, перестраиваться на новые правила и перефокусировать внимание.

Чтобы определить, насколько эффективно мозг переключается с одного умственного задания на другое, Дэвид И. Мейер и его коллеги из Мичиганского университета попросили группу волонтеров выполнить два теста на двойные задания^[111]. В ходе первого теста испытуемые должны были выполнять сразу два задания на геометрические фигуры, причем одно задание вынуждало сосредоточиться, например, на форме, а другое – на цвете, размере или количестве фигур. Второй тест требовал переключения с одного арифметического действия на другое, например с умножения на деление. В обоих случаях на выполнение двух заданий одновременно ушло больше времени, чем на их последовательное выполнение. «Иногда разница превышала 50 %», – говорит Мейер. Это происходит потому, что мозг должен поменять цели и правила, чтобы перейти от одной процедуры к другой. На это уходят десятые доли секунды, но общее время увеличивается, если переключений много.

Когда вы разговариваете по телефону, а ваша машина идет на приличной скорости, эти секунды промедления могут стоить вам жизни. Исследование, проведенное в 2006 году Национальным управлением по безопасности движения на автострадах, показало: около 80 % аварий и 65 % аварийных ситуаций были вызваны невнимательностью водителя за три секунды до рокового события^[112]. Разговор по телефону усиливает риск аварии или аварийной ситуации в 1,3 раза, набор номера утраивает опасность.

* * *

Десять утра. Вы благополучно добрались до работы и проглотили вторую чашку кофе, отвечая на звонки и электронную почту. Через час или около того вам предстоит выступать на совещании. А сейчас вы погрузились в чтение бумаг, воплощенное внимание и концентрация. Если бы вы могли видеть, что происходит внутри вашей черепной коробки, пока вы просматриваете набранный мелким шрифтом текст, что бы вы увидели? Что происходит под надежной защитой вашего черепа, пока вы поглощены этим чтением по диагонали (или до смерти волнуетесь)? Буквально до последнего времени мозг и все его способности – мыслить, чувствовать, вырабатывать решения, воображать, рассуждать, помнить – были одной большой загадкой. Однако за последние десять лет ученые сделали ряд потрясающих открытий, которые позволили заглянуть внутрь мозга и проследить за его работой в реальном времени.

Позднее утро. В своей лаборатории на медицинском факультете Йельского университета два нейробиолога, Салли и Беннет Шейвиц, наблюдают за мозговой деятельностью одиннадцатилетнего мальчика по имени Кит. Через большое окно я вижу его: он лежит на спине, голова обмотана проводами от магнитно-резонансного сканера. С помощью перископа он читает серию парных сигналов – на экране одновременно вспыхивают слово и картинка («лиса» и изображение коровы, «корова» и лук), – а затем быстро нажимает на кнопки «да» или «нет», показывая, сооответствуют ли два сигнала друг другу.

Шейвицы изучают участки мозга, отвечающие за чтение. Как раз сейчас они склонились над двумя мониторами. Один показывает те же картинки, которые видит Кит; другой – монохромное изображение его мозга в поперечном сечении. Результатом сканирования стали структурные изображения, фиксирующие мельчайшие детали анатомии мозга, и функциональные изображения задействованных в работе участков мозга.

Магнитно-резонансный сканер безопасен и безвреден, он не требует ни уколов, ни облучения. Массивный и мощный круглый магнит, он похож, по словам Кита, на космический корабль или пончик. Этот сканер может нарисовать детальную анатомическую картину мозга с разрешением меньше полумиллиметра, объясняет Салли Шейвиц. Он настолько мощный, что может увидеть кровеносный сосуд толщиной с волосок глубоко внутри мозга.

Пока Кит читает свои сигналы, компьютеры заодно следят, какие нейроны активированы в мозге. Функциональные изображения, полученные в результате сканирования, выявляют участки мозга, задействованные при выполнении специальных заданий, отмечая изменения в поступлении кислорода и притоке крови, который сопровождает активность нейронов. Чем усерднее работает тот или иной участок мозга, тем больше в него поступает крови, богатой оксигемоглобином.

Этот «прилив» фиксируется магнитно-резонансным сканером как небольшое усиление сигнала. Таким образом, сканер дает изображение тех клеточных цепочек, которые возбуждаются при выполнении определенного умственного задания. После завершения сбора информации печатается серия цветных снимков, на которых разные участки мозга выделены разными цветами, – некое подобие моментальной карты нервной деятельности.

У нейроимиджинга есть и свои критики, в основном из-за временно́й шкалы этого метода. Функциональные МРС делают картинки за секунды, вспышки нервной деятельности происходят в миллисекунды. Более того, активность, которую фиксирует МРС, не всегда каузальна: картинки показывают, какие участки мозга задействованы при выполнении когнитивных заданий, но не обязательно те, которые необходимы для выполнения этих заданий.

И все-таки, говорит Салли Шейвиц, «функциональный нейроимиджинг произвел революцию в исследовании мозга. Он может найти скрытую функцию – или дисфункцию – и сделать ее видимой». Такие исследования полностью развеяли миф о том, что мы используем только малую толику своего серого вещества – пресловутые 10 %. На самом деле в течение дня – пусть и не одновременно – активируются практически все уголки и закоулки нашего «компьютера». Разные группы нейронов включаются в работу в разное время при выполнении различных заданий. Сканеры проследили за тем, как мозг управляет движением, производит подсчеты, воспринимает речь, узнает лица и места, определяет время, интерпретирует печатный текст.

Имиджинговые исследования Шейвицев и других ученых ограничиваются теми участками мозга, которые активируются во время чтения^[113]. Среди них фонологический участок заднего мозга, расположенный сразу за ухом и над ним, который используется начинающими учиться читать, такими как мой ученик Брайан, для произнесения слов по слогам, и так называемый словообразовательный участок в затылочно-височной части заднего мозга, который позволяет умеющему читать увидеть все слово целиком менее чем за 150 миллисекунд. По мере обретения опыта читающие начинают использовать словообразовательный участок мозга вместо фонологического.

Эта область мозга просто «сверкает», когда вы работаете. Затылочно-височный отдел мозга активируется у знатоков автомобилей, когда они определяют марку и модель классических машин, у орнитологов, решающих, к какому отряду и виду относится щебечущая перед ними птаха. Получается, что этот участок мозга используется для оценки различных объектов, говорит Беннет Шейвиц. «Представляется, что без него не обойтись при экспертной оценке и совершенствовании в чем-либо».

* * *

Вы надеетесь, что участки заднего мозга, ответственные за экспертную оценку, уже активированы утренней работой и вы сейчас в прекрасной форме для выступления. Совещание уже началось, вы полны решимости и уверенности. Некоторые хронобиологи полагают, что на позднее утро приходится пик некоторых видов умственной деятельности. Исследования показывают, что бодрость, способность ясно мыслить и заучивать в течение дня меняются на 15–30 %^[114]. У большинства из нас пик наступает через 2,5–4 часа после пробуждения^[115]. Так что для «жаворонков» он приходится примерно на 10–12 часов утра. Вместе с ним приходит логичность мышления и способность решать сложные задачи^[116].

Однако многое зависит от возраста. Для подростков и молодых людей утро может быть весьма далеким от описанной Рильке «совершенно новой страницы». Мэри Карскадон, хронобиолог из Университета Брауна, в ходе многолетних наблюдений за одними и теми же людьми выявила физиологические изменения в работе биологических часов в период полового созревания^[117]. Подростки постарше начинают все более склоняться к «совиному», «запаздывающему по фазе» образу жизни, при этом гормон мелатонин у них вырабатывается позднее и они позднее ложатся спать. Тем не менее вставать им приходится рано, чтобы успеть к началу уроков в школе.

«Заставлять старших подростков посещать школу и участвовать в выполнении заданий, требующих умственного напряжения, рано утром может быть неправильно с биологической точки зрения», – говорит Карскадон. Они не только не высыпаются; «от них требуют бодрствования, когда их циркадианная система еще функционирует в ночном режиме. Ученики могут сидеть за партами, но их головы остаются дома на подушке».

Взаимосвязь между циркадианными ритмами и умственной деятельностью едва уловима и все еще остается предметом споров. Ваши успехи при выполнении умственного задания зависят от множества переменных: интереса, сосредоточенности, уверенности в себе; от того, сколько вы спали прошлой ночью, что ели на завтрак, потребляли ли кофеин; от вашей позы, температуры в помещении, чистоты воздуха, шума, освещенности и других «маскирующих» факторов, которые не имеют ничего общего с циркадианными ритмами^[118]. «Факторы истинного времени достойны внимания, но неоднозначны», – считает Тим Солтхауз, потому что их сложно выделить и воспроизвести в лабораторных условиях^[119].

Тем не менее существуют подтверждения того, что суточные колебания температуры тела влияют на умственную деятельность, создавая предсказуемые пики и спады. Ряд исследований показал, что работа нейронов зависит от температуры мозга: более высокая температура способствует более быстрому обмену импульсами между нейронами. Ученые из Питтсбургского университета на протяжении 36 часов проводили эксперимент над молодыми людьми, каждую минуту измеряя их температуру и каждый час – показатели умственной деятельности с помощью разных заданий на скорость, аккуратность, логическое мышление и физическую сноровку^[120]. Группа обнаружила существенное изменение показателей в течение суток, при этом ночной спад в качестве выполнения заданий совпал с наиболее низкой температурой тела. В то же время ученые из Гарварда сообщили о наличии связи между пиками активности, зрительного внимания, способности к запоминанию, скорости реакции и температуры тела^[121].

По мнению Линн Эшер из Университета Торонто и ее коллеги Синтии Мэй из Чарльстонского колледжа, две функции мозга – принятие решений и «торможение» (отметание отвлекающей, ненужной или не относящейся к делу информации, например вербального контента цветных слов в тесте Струпа) – могут частично зависеть от малейших циркадианных вариаций^[122]. В периоды спада людям сложнее отметать отвлекающую их информацию. Они принимают решения, следуя по «накатанной колее», не прибегая к анализу или оценке. Исследование Мэй и Эшер предполагает, что это едва уловимое циркадианное воздействие меняется в зависимости от возраста. Молодые люди явно страдают от рассеянности по утрам, говорят ученые, а позднее, после обеда, она пропадает, как будто ее и не было. У людей среднего возраста всё наоборот.

«Торможение» чрезвычайно затруднительно в периоды спада, поэтому Мэй рекомендует заниматься решением задач, требующих пристального внимания (например, чтением сложных инструкций), поиска информации (например, выяснением дозировки лекарства) или внимательного контроля за ответной реакцией (например, вождением в условиях оживленного движения), в пиковые часы или, по крайней мере, в те периоды, когда рассеянность минимальна^[123]. Впрочем, указывает Мэй, слабое «торможение» имеет свои «плюсы», когда решение задачи требует творческого подхода, потому что помогает найти более образное решение.

Работа памяти тоже зависит от времени суток^[124]. Исследование Эшер показало, что люди старшего возраста на протяжении дня испытывают то, что она называет «существенным усилением забывчивости». По утрам они забывают в среднем 5 фактов, к вечеру – уже 14^[125]. Для молодых людей справедливо обратное утверждение.

В последние несколько лет ученые многое прояснили для себя в том, какую роль циркадианные ритмы играют в обучении и запоминании на молекулярном уровне, с помощью «морского зайца» – аплизии калифорнийской, моллюска подкласса заднежаберных. Если вы готовились к выступлению ночь напролет, сделали блестящий доклад, а затем обнаружили, что не помните ничего из того, что выучили, вы оказались в компании этих брюхоногих.

* * *

Почему аплизия? «Внешне она, может быть, и не очень привлекательна, – признает Эрик Кэндел, – но это чрезвычайно смышленое и совершенное создание с самыми большими нервными клетками в животном мире»^[126]. Нейробиолог из Колумбийского университета, нобелевский лауреат, Кэндел первым увидел, сколько эта простая жительница моря может поведать о работе нашего мозга, когда мы усваиваем новые знания из книг или получаем их от коллеги либо преподавателя.

«Мы, люди, такие, какие есть, благодаря тому, что знаем и помним, – полагает Кэндел, – и в каком-то смысле невероятно, что благодаря изучению улиток мы узнаем об изменениях, происходящих в нашем мозге, когда он получает новую информацию, например о том, как он выглядит в начале и в конце процесса познания».

Кэндел разгадывает загадку усвоения и запоминания информации уже более полувека. Он родился в 1929 году в Вене, и его детство пришлось на варварский период истории. Над ним издевались из-за того, что он еврей. Он видел, как его отца схватила полиция. А когда ему было девять лет, случилась Хрустальная ночь^[127], которую он помнит, по его собственным словам, абсолютно ясно, «как будто это было вчера». В 1939 году его семья бежала из Вены. Кэндел всю жизнь задавался вопросами о природе мышления: почему люди ведут себя так, а не иначе, как сохраняют воспоминания о том, что оказало на них особенно сильное воздействие, и, прежде всего, как они обучаются. Он верил, что пролить свет на тайны человеческого тела можно с помощью изучения низших организмов.

В самом деле, с помощью языка нервов аплизии Кэндел раскрыл одну из величайших тайн человеческого мозга: человек учится благодаря изменениям численности, функции и «внешнего вида» синапсов – контактов между двумя нервными клетками мозга. Создавая краткосрочное воспоминание, мозг усиливает уже установленный синаптический контакт, при долгосрочном воспоминании он выстраивает новые синапсы.

Хотя в человеческом организме этот процесс протекает сложнее, чем в организме морской улитки, говорит Кэндел, в нем задействованы одинаковые механизмы. На более примитивном уровне данный процесс может протекать следующим образом: в любой момент времени в мозге происходит возбуждение. Нейрон, реагируя на раздражитель, возбуждается, активируя другие нейроны. В большинстве случаев это ни к чему не приводит. Химический сигнал, переданный нейроном своему соседу, может быть слишком слабым или спорадическим, чтобы активировать соседнюю нервную клетку и сформировать цепь. Однако когда человек сконцентрирован и внимателен, как это бывает во время обучения, нейрон способен посылать соседу более частые и сильные сигналы. Синапс с соседним нейроном в этом случае химически изменится. Если первая клетка опять возбудится, пусть даже слабее, это может породить синхронный ответ теперь уже более восприимчивой второй клетки. Результатом всего этого иногда становится просто мимолетное представление о чем-то, вспыхнувшее в мозгу и отпечатавшееся в памяти на несколько секунд, а затем забытое. Но если раздражение повторяется и нейроны продолжают синхронно возбуждаться, синапс между ними делается «крепче». Постепенно возникает такая связь, что при возбуждении одного нейрона возбуждается и второй. Эта связь между нейронами – синаптическая пластичность – и может лежать в основе обучения и запоминания. По мере развития процесса, полагает Кэндел, сигналы становятся сильнее, причем сигналы одинаковой силы способны вызывать разную по силе реакцию. Если действие повторяется – как при запоминании слова или идеи либо закреплении навыка, – контакты и ритмическое возбуждение возникают вновь и вовлекают в процесс другие нейроны, формируя сеть крепко связанных между собой нервных клеток, синхронно возбуждающихся по одному и тому же сценарию при каждой активации. Этот процесс объединяет нейроны, участвующие в восприятии конкретного события или идеи. С каждым последующим повторением действия, с каждой новой вспышкой возбуждения в мозге синапсы становятся более эффективными, а запоминание – более прочным.

«Практика делает совершенными даже улиток», – смеется Кэндел.

* * *

На сцене снова аплизия, только на этот раз улитка рассказывает нам о воздействии циркадианного ритма на обучение и память. В 2005 году ученые Хьюстонского университета обнаружили, что память моллюска дает сбой после бессонной ночи^[128]. Как и мы, аплизия предпочитает дневную активность ночной. Чтобы доказать влияние циркадианных ритмов на способность аплизии к обучению, ученые исследовали ее способность воспринимать и запоминать уроки о ядовитых веществах и несъедобной пище. Исследование показало, что при запоминании уроков кратковременная память улиток работает одинаково хорошо как днем, так и ночью, но в долговременной памяти откладывается только информация, воспринятая днем. Ночью, говорят ученые, биологические часы выключают белки, участвующие в создании долговременных воспоминаний. Урок, который нам стоило бы принять к сведению.