Как устроен мозг собаки
Опубликовано: 09.05.2024
Для более глубокого понимания поведния собак нам нужны знания об устройстве и работе мозга. Поведение собак в свете открытий нейронауки. История психологии от бихевиоризма до наших дней. Что такое травма? Реакция стресса.
Новая кинология смогла появиться на базе новых исследований собак, но при поддержке со стороны исследователей других смежных дисциплин, в первую очередь нейронаук.
Бихевиоризм и современная психология
Для того чтобы досконально изучить поведение животных, нужны тысячи часов наблюдений в их естественной среде обитания, что само по себе сложно. Проблема еще и в том, что интерпретация только наблюдаемого поведения животных достаточно субъективна, то есть зависит от установок исследователя. Именно поэтому этология все время находится под влиянием господствующей идеологии в обществе. Вспомните, например, работы американского ученого, основателя бихевиоризма, Б.Ф. Скиннера: он работал в эпоху, когда эмоции считались недопустимыми, их старались прогнать из человеческого общения. Скиннер считал, что необходимо изучать только видимое поведение и игнорировать внутреннюю жизнь животных. В результате ученые просто не имели права описывать разумное и эмоциональное поведение животных и подгоняли свое описание под официально разрешенное объяснение. Так, животные в глазах общества стали некими биомашинами с их условными и безусловными рефлексами. Российские ученые тоже придерживались мнения Скиннера, так как он во многом являлся последователем русского ученого Павлова.
В отличие от американских и русских исследователей, европейские зоопсихологи, в первую очередь Конрад Лоренц, не игнорировал эмоции и разум животных. Они говорили, что внутреннюю жизнь животных необходимо учитывать наравне с их рефлексами. Они изучали поведение различных животных и сравнивали его, чтобы понять общую биологическую основу поведения животных вообще (направление «Сравнительная зоопсихология»).
Эта работа позволила сделать множество важнейших открытий. Но подтверждение их правильности, а также полнота исследований стала возможной только тогда, когда появились технические средства для изучения внутренней жизни мозга — гормонов, нейротрансмиттеров, нейронов и их соединений.
Пока животные изучались только в лабораториях и публикации об исследованиях проходили определенную цензуру, поддерживать миф об отсутствии внутренней жизни у животных еще удавалось. В 70х ХХ века животных стали наблюдать по всему миру в их естественной среде обитания, и скрывать правду стало невозможно. Первым исследователем, разрушившим стену молчания о разуме и эмоциях животных, был американский профессор Гриффин. С тех пор между приверженцами бихевиоризма и последователями сравнительной зоопсихологии началась открытая война. Эта война заканчивается только сейчас, когда многие отрасли естествознания переживают перерождение.
Во времена господства бихевиоризма в кинологии также развился механический подход, что привело к настоящей катастрофе.
Возьмем, например, способ интерпретации знаменитой формулы Павлова: стимул – реакция. Согласно механической интерпретации, воздействие на собаку вызывает некую физическую реакцию, например, выполнение команды. Однако, мозг собаки — это не швабра (наступили на один конец, произошла реакция на другом). Мозг состоит из миллиардов нейронов. Все они связаны между собой огромным количеством связей. Эти связи проходят через множество специализированных центров мозга. Поэтому любое воздействие на собаку зависит от ее внутреннего состояния и вызывает разнообразные реакции — как внешние, так и внутренние. На любое воздействие собака реагирует не только действием, но и эмоциями, мыслительными процессами, у нее возникают ассоциации с хозяином и всей окружающей обстановкой. В результате, она заучивает не только желаемое действие, но и свое эмоциональное состояние в момент обучения, она делает выводы относительно качества контакта с хозяином и т.д. Все это, в свою очередь, влияет на ее мотивацию к работе и выполнению выученной команды в последствии. Получается, что, работая с собакой, важно создавать дружескую обстановку, в которой собака учится с удовольствием. При применении наказаний, собака учится достигать своей цели втихаря.
Второй пример: у всех социальных млекопитающих существует так называемый социальный мозг. Социальный мозг — это участки мозга, участвующие в социальной жизни. Зная свойства социального мозга и его структуру, можно глубоко понять, как сильно физическое и ментальное состояния собаки зависят от качества ее контакта с социальным партнером. Это, в свою очередь, позволяет понять, насколько сильно собака мотивирована к адаптации своего поведения под нужды семьи, в том числе к обучению команд, необходимых хозяину. Разница состоит лишь в степени самостоятельности той или иной собаки.
Исследования мозга подтверждают наблюдения кинологов, что социальное поведение одинаково у собак всех пород — будь то собака-компаньон, рабочая собака или «независимая» пастушья собака. Всем им необходима полная интеграция в семью, означающая постоянную возможность общения с другими членами семьи, понимание своей необходимости в семье.
С другой стороны, знания о социальном мозге позволяют понять, насколько тяжело собака переносит изоляцию. Согласно исследованиям шведского кинолога Андерса Халлгрена, рабочие собаки, которые содержатся в вольерах и всего на несколько часов имеют возможность общаться с человеком, становятся психически неустойчивыми и хуже выполняют свою работу.
О сумасшедших «цепных псах» знают, наверно, все. Люди вынуждены терпеть неуемный, истерический лай собак за заборами в деревнях: этот лай выдает неуравновешенное психическое состояние социальных животных, исключенных из социальной жизни.
Многие считают, что не случится ничего страшного, если раз-другой дернуть за поводок или хотя бы иногда, для пробы, использовать строгий ошейник. Мы можем месяцами ходить на тренировки, где нас будут учить жестко обращаться со своей собакой. Но мы будем считать, что собака потерпит, и вообще «не произойдет ничего страшного». Тем более, мы же уже оплатили курс.
Стресс и психологические травмы
Знания о жизни нейронов показывают восприимчивость наших собак: сильное воздействие стресса, например, даже единственный рывок за ошейник может создать травму, которая на многие годы вопьется в мозг собаки и навсегда искалечит ваши отношения с ней. Как пишет одна клиентка «жесткой собачьей школы»: Моя собака стала отдаляться от меня… Мне потребовалось много месяцев, чтобы доказать ей свою любовь .
В мозге травма выглядит как рубец — густой клубок травмированных стрессом нейронов. Травмированные нейроны простираются от рубца в другие области мозга, нарушая жизнь связанных с ними здоровых нейронов. Таким образом от одной лишь травмы создается целый комплекс связей, хранящий память о травме. Этот клубок защищает себя химически (именно поэтому так трудно докопаться до сути проблемы путем психоанализа). Так мозг попадает в состояние хронического стресса. Травма выражается в нарушениях поведения, например, в заместительном поведении, поведения избегания, неожиданных реакциях, внезапных перепадах настроения, внезапно появившихся негативных ассоциациях, неуверенности в себе, страхе, снижении концентрации внимания, ухудшении способностей к обучению и т.д. У людей оно также нередко выражается в странных высказываниях и лжи. Все эти реакции называют посттравматическим синдромом. Насколько то или иное событие окажется травматичным, сказать сложно. Но понимание риска, которому подвергается собака во время агрессивных тренировок и неправильного обращения, приводит нас к мысли о том, как важно не допускать травм.
Любая реакция — это сочетание чувства и разума. Эти две функции мозга связаны между собой физически и обуславливают друг друга. Поэтому скептицизм по поводу наличия разума и эмоций у животных устраняется автоматически: без одного нет другого. Это доказанные нейронаукой факты.
Если мы слышим слово, с которым у нас ассоциируется нечто неприятное, мы не будем взрываться от раздражения — мы сумеем подавить эту реакцию своим разумом. Чем сильнее разум, тем лучше он владеет собой и тем спокойнее с ним общаться другим людям. С собаками происходит то же самое.
Стрессовые реакции ослабляют действие разума, особенно когда наступает старость. Пока мозг спокоен и молод, действие травмы сдерживается его ментальными функциями. Стоит ему попасть в состояние стресса и/или начать стареть, сила ментального контроля уменьшается, и травма снова всплывает. Именно поэтому может вернуться проблема поведения у собаки, чье поведение, казалось бы, уже исправлено. Именно поэтому собака, прошедшая курс дрессировки на охрану (шутцхунд) потенциально опасна — как показали исследования (и как видит любой нормальный человек). Такая дрессировка глубоко травмирует психику. Для таких собак дополнительный курс послушания или вспомогательные средства, помогающие контролировать собаку, это детский лепет по сравнению с той силой, которую оказывает на ее поведение созданная травма. По свидетельствам Андерса Халлгрена, именно поэтому в Скандинавских странах уже отошли от тренировки на защиту. В России, напротив, этот вид «спорта» считается чем-то нормальным.
Влияние стресса на поведение собаки — это не просто состояние, когда собака волнуется, и нам остается только подождать, пока она снова придет в себя. Как и при травме, любой стресс оставляет следы в мозге в виде новых нейрональных связей и меняет их качество. Измененные связи оказывают в свою очередь влияние на другие нейроны, что так или иначе меняет достаточно большую часть мозга. В результате новые ассоциации по цепочке активизируют уже имеющиеся ассоциации и т.д. Боль и страх при этом сильно изменяют химические процессы в мозге, которые, кроме прочего, могут влиять на скорость реакций.
Именно поэтому мы должны внимательно изучить влияние стресса и стараться делать все, чтобы не причинять собаке ненужный стресс. Мы также должны знать, что любая терапия поведения (а это именно терапия, а не «коррекция») должны начинаться со снятия стресса и укрепления нервной системы (в том числе через ментальные тренировки и через создание для собаки максимально комфортных условий жизни, укрепление контакта с хозяином, использование специального комплекса витаминов).
Щенок
Мы можем долго спорить, когда нужно забирать щенка у матери, когда нужно обучать его, сколько и каких усилий надо приложить для социализации. Но все эти споры являются простой болтовней, пока мы не поймем, что щенок сам, своим поведением (криком, физической активностью, собственным интересом) показывает, что ему необходимо и когда он уже готов к новым этапам своей жизни. Нам надо поверить в то, что щенок прав, и уметь наблюдать его. А эта уверенность приходит только тогда, когда мы поймем, что им движет изнутри — то есть как работает нервная система и как она развивается.
Попав к хозяину, щенок попадает в совершенно иной мир. Соединения нервных клеток его мозга, соответствовавшие его жизни с матерью, становятся уже не нужными. Поэтому они разрушаются, а вместо них образуются новые. Этот процесс занимает несколько недель или даже месяцев и охватывает до 70% объема его мозга. То же самое происходит с новорожденными детьми. Представьте себе, если вы, начитавшись «кинологической литературы», сразу же после приобретения щенка наброситесь на него с воспитанием, а тем более жестким (будете изолировать его от себя или стараться настойчиво обучать командам и т.п.). Первое, что должен «делать» малыш в новом доме в течение первых недель — привыкать и успокаиваться. Другими словами, он должен менять свои прежние, ставшие ненужными нейрональные соединения на новые. Реакции хозяина должны соответствовать просьбам щенка, воспитание и обучение должно проходить всего несколько минут в день, как бы между делом, в виде мягкой коммуникации.
Знания о пластичности мозга показывают, что несмотря на существование так называемых фаз запечатления, до определенной степени можно влиять на запечатленную информацию и позже. Можно обучать собак в любом возрасте чему угодно — поэтому собаки из приюта тоже имеют шанс стать полноценными членами наших семей.
Собака в свете новых знаний
Процесс обучения — это процесс переформирования мозга путем наработки новых связей. Этот процесс в большой степени зависит от состояния всего организма, в первую очередь от влияния стресса. Но даже у спокойной, мотивированной собаки процесс обучения происходит не прямолинейно. Он характеризуется фазами подъема и спада. Если тренер не знает этого, он вместо того, чтобы сделать паузу, начинает злиться и наказывать собаку, применять жесткие методы, чем разрушает естественный процесс усвоения информации и уничтожает мотивацию. Примерно тот же эффект наблюдается в переходном возрасте, когда щенок находится под действием гормонов и «плохо соображает». Как раз в этом возрасте многие начинают считать собаку «доминантной» и стараются подавить ее, возмутительным образом игнорируя сильнейшие изменения в ее организме.
Понимание устройства мозга заставляет нас более серьезно относиться к собаке. Мы больше не сможем рассматривать собаку как инструмент для достижения своих спортивных или финансовых целей. Мы больше не поверим «зоопсихологу», который советует решать проблему одиночества или нечистоплотности, игнорируя собаку или сажая ее в клетку. Мы перестанем дергать собаку, когда захотим сообщить ей что-то. Мы не будем ждать от собаки внезапной агрессии, так как будем знать, что пока мы не изуродовали ее нервную систему, пока не создали негативные ассоциации, она не станет агрессивна сама по себе (этот вывод был также несколько раз доказан специальными исследованиями этологов).
Возбуждение собаки необходимо контролировать не строгачами, а занятиями, развивающими собаку умственно: через ментальную регулировку она сможет лучше контролировать свои импульсы, так как ментальное развитие улучшает свойства нервной системы (способность решать задачи, способность концентрироваться, приобретение опыта через свободное исследование мира). Физическое развитие собаки — это не только бездумные резвые игры, а целенаправленная работа по улучшению координации и способностей владения своим телом.
Мы прекратим напрягаться при каждом акте общения с собакой и читать бесконечные инструкции по воспитанию собак — потому что поймем, что с собакой можно обращаться более расслабленно и больше доверять нашим собственным инстинктам.
Мы прекратим бесконечно пихать в нее сухой корм и консервы, понимая, насколько они отравляют ее тело, в том числе мозг как центр восприятия и генератор поведения.
Мы сможем, наконец, понять, что мотивами поведения собаки могут быть простые чувства — радость, ревность, стыд, сильные желания. Все эти чувства вызываются обычными простыми структурами мозга — у собак точно так же, как у нас. Важно только понять, что чувства бывают простые (общие для всех животных и рождающиеся простыми процессами в мозге) — и сложные (предполагающие наличия особо развитых умственных способностей и на которые наши собаки, возможно, не способны, например, месть хозяину).
Таким образом, новые знания создают радостный настрой в общении человека и собаки и очищают нас от вековой кинологической пыли.
Рекомендуемая литература
Тем, кто уже прочел книги нашего издательства и хотел бы глубже изучить поведение животных и работу мозга, рекомендуем следующие книги:
Рис. 1. Новые исследования подтверждают, что собаки понимают и интонацию, и смысл человеческих слов. При этом у собак, как и у людей, смыслами заведует левое полушарие, а интонациями — правое. Фото с сайта petsittersoflasvegas.com
Венгерские нейробиологи при помощи магнитно-резонансной томографии изучили реакцию собачьего мозга на произносимые человеком слова, различающиеся по смыслу (похвала или нейтральные слова) и интонации (хвалебная или нейтральная). Оказалось, что у собак, как и у людей, смысл слов обрабатывается левым полушарием, а интонация — правым. При этом система внутреннего подкрепления, отвечающая за приятные эмоции, реагирует только на хвалебные слова, произнесенные с соответствующей интонацией, но не на те же слова, произнесенные нейтрально, и не на нейтральные слова, произнесенные как похвала. Результаты согласуются с идеей о том, что нейронные структуры, отвечающие за обработку речевой информации в мозге человека, скорее всего, появились не вместе с речью, а гораздо раньше, и изначально использовались для более простых форм звуковой коммуникации.
Многие млекопитающие информируют сородичей о своем эмоциональном состоянии при помощи звуковых сигналов, причем сородичи эти сигналы прекрасно понимают (E. F. Briefer, 2012. Vocal expression of emotions in mammals: mechanisms of production and evidence). Считается, что человеческая речь радикально отличается от звуковой коммуникации других животных тем, что с произвольными последовательностями звуков связывается конкретный смысл, который может не иметь никакого отношения ни к эмоциональному состоянию говорящего, ни вообще к тому, что происходит здесь и сейчас. Правда, у ряда других животных тоже обнаружены неплохие языковые способности. Например, у некоторых обезьян есть специальные звуковые сигналы — «слова» для обозначения ограниченного круга самых важных объектов, таких как летающие или наземные хищники; человекообразные обезьяны после специального обучения овладевают языком (например, жестовым) на уровне 2–2,5-летнего ребенка, да и попугаи от них не сильно отстают (I. M. Pepperberg, H. R. Shive, 2001. Simultaneous development of vocal and physical object combinations by a grey parrot (Psittacus erithacus): Bottle caps, lids, and labels). Хотя, конечно, никто не будет спорить с тем, что по сложности, гибкости и эффективности системы общения люди далеко опередили всех остальных животных (см.: Как люди смогли договориться, что каким словом называть?).
На нейробиологическом уровне важнейшей особенностью человеческой речи является межполушарная асимметрия: за понимание смысла слов в большей степени отвечает левое полушарие, а за понимание интонаций, контекста, эмоционального состояния говорящего и метафор — правое.
Откуда взялась асимметрия речевой функции, является ли она уникальной особенностью человека, которая развивалась параллельно с речью, или имеет более глубокие эволюционные корни — вопрос дискуссионный. Согласно «акустической» гипотезе, в ее основе лежит функциональная асимметрия слуховых отделов коры: предполагается, что левые слуховые отделы издавна специализировались на быстро сменяющихся звуках (таких как стремительная череда фонем в произносимых словах), а правые — на звуках, меняющихся плавно, подобно интонации. «Функциональная» гипотеза предполагает, что левое полушарие издавна работало именно со смыслами, независимо от того, из каких звуков — быстро меняющихся или монотонных — этот смысл извлекается. Есть также мнение, что асимметрия речевой функции у людей связана с различием задач, стоящих перед правой и левой рукой: правая рука, контролируемая левым полушарием, у правшей специализируется на мелких и точных движениях, левая — на более «глобальных» (см.: Что могут палеолитические орудия рассказать о мышлении наших предков?, «Элементы», 23.11.2010).
Впрочем, на сегодняшний день уже ясно, что функциональная асимметрия полушарий не является уникальной особенностью человека с его изощренной орудийной деятельностью. Например, показано, что у обезьян и мышей левое полушарие сильнее реагирует на «осмысленные» звуки (сигналы, подаваемые сородичами), чем правое (G. Ehret, 1987. Left hemisphere advantage in the mouse brain for recognizing ultrasonic communication calls). Однако подобных данных пока еще слишком мало для глобальных выводов.
Отличным объектом для изучения межполушарной асимметрии являются собаки, которые за тысячи лет адаптации к совместной жизни с человеком освоили ряд чисто человеческих способов общения. Собаки способны различать до 1000 словесных команд, они отлично понимают интонации и даже научились манипулировать нашими эмоциями при помощи долгого, проникновенного взгляда в глаза, что абсолютно не свойственно прирученным волкам (см.: Дружба людей и собак регулируется окситоцином, «Элементы», 20.04.2015).
Недавно были получены первые косвенные данные, указывающие на то, что у собак, возможно, есть такая же, как у людей, межполушарная асимметрия в обработке речевой информации. Оказалось, что в ответ на осмысленные, но произнесенные с нейтральной интонацией слова собаки чаще поворачивают голову вправо, а бессмысленные слова, произнесенные выразительно, стимулируют поворот головы влево. Это согласуется с предположением о том, что смысл слов оценивается левым полушарием (куда поступает информация от правого уха), а интонация — правым (см.: Victoria F. Ratcliffe, David Reby, 2014. Orienting Asymmetries in Dogs’ Responses to Different Communicatory Components of Human Speech).
В новом исследовании венгерских нейробиологов, результаты которого опубликованы в свежем выпуске журнала Science, вывод о наличии у собак межполушарной асимметрии получил убедительное подтверждение. На этот раз за работой мозга следили не по косвенным признакам (поворотам головы), а напрямую при помощи фМРТ.
13 собак, принявших участие в эксперименте с согласия своих хозяев, для начала были обучены неподвижно лежать в томографе — немаловажная часть эксперимента, которая едва ли прошла бы столь же гладко с любым другим видом животных. Голос инструктора, к которому все собаки успели привыкнуть за время обучения, использовался затем для записи речевых сигналов. Сигналы делились на 4 типа (рис. 2):
1) хвалебные слова, используемые венгерскими собачниками в общении со своими питомцами, произнесенные с соответствующей интонацией (Praise words, praising intonation, Pp);
2) те же слова, произнесенные нейтральным голосом (Praise words, neutral intonation, Pn);
3) нейтральные слова (союзы, не несущие сами по себе никакого смысла), произнесенные так, как будто это похвала (Neutral words, praising intonation, Np);
4) те же нейтральные слова, произнесенные с нейтральной интонацией (Neutral words, neutral intonation, Nn).
Рис. 2. Четыре типа словесных сигналов (А), их средний тон (хвалебная интонация соответствует более высокому тону, B) и отделы коры собачьего мозга, отвечающие за восприятие речевых стимулов (D; слева — левое полушарие, справа — правое). Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Все записанные слова были двухсложными, состояли из 4–5 фонем и были тщательно выровнены по громкости. Авторы предварительно дали послушать всё это людям, не знающим венгерского, и убедились, что хвалебная интонация легко распознается иностранцами, хотя смысла слов без интонационных подсказок никто угадать не может. Венгерские собаки, в отличие от иностранцев, были хорошо знакомы не только с интонациями, но и с самими словами.
Из слов каждого типа составили короткие блоки (по три однотипных слова в каждом), а из этих блоков, расположенных в случайном порядке и разбавленных паузами, — семиминутную последовательность, которую собака должна была прослушать, неподвижно лежа в томографе. Томограф тем временем регистрировал приток крови к тем или иным участкам коры. Если собака не выдерживала и смещала голову хотя бы на 3 мм, опыт не засчитывался. В итоге все собаки, кроме одной, успешно выдержали по два таких испытания.
Полученные данные были подвергнуты сложному статистическому анализу, который позволил, во-первых, локализовать участки коры, сильнее реагирующие на человеческую речь, чем на тишину (рис. 2, D).
Кроме того, оказалось, что левые «речевые» области собачьей коры сильнее, чем правые, реагируют на осмысленные (в данном случае — хвалебные) слова, с какой бы интонацией те ни произносились. Это важный результат, показывающий, что у собак, как и у людей, есть участки коры, отображающие смысл слов как таковой, в отрыве от контекстов и интонаций. Это серьезный аргумент в пользу того, что собаки действительно понимают слова, а не просто выучиваются определенным образом реагировать на те или иные звуковые сигналы.
В правом полушарии в ответ на слова, произнесенные с хвалебной интонацией (и независимо от смысла слов), наблюдалась скоррелированная активность, свидетельствующая о функциональной связи (см. functional connectivity) между участком ассоциативной слуховой коры (средняя часть правой эктосильвиевой извилины, right middle ectosylvian gyrus, RmESG) и правым хвостатым ядром. Ранее было показано, что работа RmESG связана вообще с обработкой эмоциональных звуковых сигналов, не обязательно членораздельных и не только человеческих, но и собачьих тоже. Хвостатое ядро, в свою очередь, является частью системы внутреннего подкрепления (см. Reward system) и участвует в формировании мотиваций и намерений. Аналогичная функциональная связь между участками правой слуховой коры, реагирующими на интонации, и системой внутреннего подкрепления характерна и для человеческого мозга.
Таким образом, у собак обнаружилась такая же межполушарная асимметрия обработки речевых сигналов, как и у людей. Левое полушарие извлекает из звуков конкретный смысл, правое работает с интонациями и эмоциями.
Кроме того, исследователи обнаружили, что главные центры системы внутреннего подкрепления, от которых дофаминовые сигналы расходятся по другим ее отделам, — вентральная область покрышки и черная субстанция среднего мозга — у подопытных собак демонстрировали повышенную активность только в ответ на сигналы первого типа, то есть хвалебные слова, произнесенные с хвалебной интонацией. Очевидно, это значит, что только такие слова собакам было по-настоящему приятно слышать. Главный же вывод состоит в том, что собачий мозг, подобно человеческому, не только по отдельности проводит лексический и интонационный анализ услышанных слов, но и умело интегрирует результаты этих двух процедур, чтобы решить, стоит ли радоваться.
Маловероятно, что обнаруженная у собак межполушарная асимметрия развилась с нуля всего за пару десятков тысячелетий коэволюции с человеком. Возможно, это проявление некого древнего свойства мозга млекопитающих, состоящего в том, что кора левого полушария склонна детализировать, а правого — обобщать.
Источник: A. Andics, A. Gábor, M. Gácsi, T. Faragó, D. Szabó, Á. Miklósi. Neural mechanisms for lexical processing in dogs // Science. 2016. V. 353. P. 1030–1032.
Как устроены мозги и их функции
Внутриутробное развитие мозга
Развитие мозга начинается уже с четвертой недели внутриутробного развития с образования нервной трубки, из нее в последующем и формируется головной и спинной мозг. И с этого времени начинается процесс дифференциации клеток, то есть они превращаются в уже полноценный мозг. К моменту рождения у малыша имеются все необходимые нервные клетки, обеспечивающие все процессы жизнедеятельности. Но связь между клетками нельзя назвать полноценной, она развивается уже после рождения под действием окружающей среды. Этот процесс активно происходит в течение 2-х лет. Поэтому и говорят, что ребенок всему учится и запоминает все, впитывая информацию, как губка.
Развитие мозга после рождения
У новорожденного пока неразвит спинной мозг и ствол головного мозга, но хорошо развиты рефлекторные стимулы, выполняющие только базовые функции: спать, есть, сигнализировать о своих желаниях. Но по мере роста, взаимодействия с матерью и окружающей средой, мозг развивается, появляются новые цепи реакций. Уже в 3 года лимбическая система и кора головного мозга у малышей достаточно развита. Поэтому дети начинают проявлять эмоции, внятно и слаженно говорить. Мозг продолжает созревать и у подростков, ведь дольше всего зреют лобные доли мозга. Но даже после полного созревания в любом возрасте продолжается созревание нервных клеток – и да, они восстанавливаются.
Работа головного мозга
Вся работа головного мозга осуществляется путем передачи информации между нейронами и другими рецепторными клетками, посредством электрохимических импульсов. В синапсе – месте контакта двух нейронов или нейрона и сигнальной эффекторной клеткой – происходит обмен нейротрансмиттерами, которые активируют или тормозят действия других клеток. Передача этой информации между нейронами и другими сигнальными клетками длится всего миллисекунды. В организме одновременно и скоординировано могут происходить сотни таких соединений, и именно они помогают нам адекватно воспринимать информацию, понимать ее и формировать соответствующий ответ. Например, при чтении этих строк происходит несколько процессов:
- глаза «бегают» по строчкам,
- формируется картинка;
- воспринимается символ;
- символы превращаются в слова;
- осуществляется анализ слов и предложений.
Отделы головного мозга
У всех позвоночных, как наиболее развитого эволюционно вида, головной мозг состоит из нескольких отделов, каждый из которых выполняет определенные функции. Мозг делится на 2 полушария: правое и левое, они работают совместно. Но могут делать разные выводы об одном и том же предмете. Правое полушарие отвечает за креативность, интуицию, эмоции, чтение и память. А вот левое – за язык, обучаемость, анализ данных, аргументацию и работу с цифрами. Проще говоря, левое полушарие – «ничего лишнего, только факты», а вот правое – эмоции. В строении головного мозга выделяют 6 основных отделов: продолговатый мозг и мост, мозжечок, средний, промежуточный, конечный (большие полушария) мозг. Каждый из этих отделов выполняет определенные функции.
Кто за что отвечает
Продолговатый мозг и мост выполняют ряд функций: здесь сосредоточены дыхательные центры, отвечающие за вдох, выдох, а также сосудодвигательные. А также центры, обеспечивающие врожденное пищевое поведение: центр вкуса, сосания, глотания. Часть мозга, отвечающая за память, но только двигательную, проще говоря, автоматизацию движений – мозжечок. Он также обеспечивает поддержание равновесия, движения глаз, тонких движений пальцев (мелкую моторику), а также за перемещение в пространстве. Часть мозга, отвечающая за эмоции, – промежуточный мозг, являющийся центром эндокринной и вегетативной регуляции, а также центром биологических потребностей, здесь появляется чувство голода, жажды и др. А какая часть головного мозга отвечает за память в привычном понимании слова? Гиппокамп – часть больших полушарий, здесь расположены центры кратковременной памяти, а вот долговременная – вся новая кора больших полушарий. И все же мозг, хотя его изучают ученые всего мира, и им помогают новейшие технологии – МРТ, послойное сканирование и картирование мозга, компьютерные программы построения объемных моделей и даже «искусственный интеллект – продолжает оставаться величайшей загадкой человечества, которая, возможно, никогда не будет до конца разгадана…
Головной мозг собаки при рассматривании его сверху имеет грушевидную форму, заметно суживающуюся к переди, к обонятельным долям. По средней линии он разделяется продольной бороздой на два полушария. Оба полушария
Соединены между собой большим количеством нервных волокон, образующих мозолистое тело. На поверхности полушарий можно различить 4 доли: лобную, теменную, височную и затылочную. В отличие от мозга высших обезьян, границы отдельных долей определить трудно.
Заднюю часть головного мозга образует продолговатый мозг, являющийся продолжением спинного. Над продолговатым мозгом, прилегая к затылочным долям полушарий, находится мозжечок. На основании головного мозга видны отходящие от него черепно-мозговые нервы, обонятельная луковица, а также большая грушевидная извилина, в которой помещается обонятельный центр.
Поверхность полушарий изрезана щелями различной длины и формы. Щели эти носят название борозд. Среди борозд различают главные, или первичные, борозды, которые отличаются своей глубиной и постоянством, и борозды вторичные, менее глубокие и непостоянные. Из главных борозд следует отметить сильвиеву борозду в височной доле мозга; вокруг этой борозды у собак располагается слуховой центр, или слуховая зона. Вторая главная борозда — крестообразная — отделяет лобную долю мозга от теменной. Наконец, третья постоянная борозда — обонятельная — отделяет обонятельную луковицу от остальной части мозга.
Участки мозгового вещества, расположенные между бороздами, носят название извилин мозга. Количество извилин и величина их у различных видов животных значительно меняются. Для сравнения приводим схематические рисунки извилин и борозд наружной поверхности полушарий головного мозга млекопитающих.
Например у крокодила, борозды совершенно отсутствуют, поверхность полушарий гладкая, сильно развит обонятельный мозг.
На полушариях мозга кошки ясно выражена сильвиева борозда с располагающимися вокруг нее тремя концентрическими бороздами. Хорошо развита обонятельная доля мозга.
Количество борозд в полушариях головного мозга собаки значительно больше, чем у кошки.
У низших обезьян, у мартышки, поверхность полушарий по числу извилин и борозд мало отличается от мозга кошки . Однако полушария развиты сильно и целиком покрывают мозжечок. Обонятельный мозг занимает значительно меньшую поверхность.
Мозг высших обезьян (орангутанга) по форме и количеству извилин приближается к мозгу человека.
Кора головного мозга имеет весьма сложное и неодинаковое строение в различных участках полушарий . Главными элементами ее являются нервные клетки, имеющие форму зерен и пирамид.
Бесчисленные отростки нервных клеток переплетаются между собой, образуя род войлока. Короткие отростки связывают отдельные участки коры, длинные выходят за пределы коры в белое вещество мозга. Если принять во внимание, что в коре человека имеется 14 млрд. клеток, то нетрудно представить себе всю необычайную сложность строения коры. Эта сложность соответствует, очевидно, всей сложности и важности функций, выполняемых корой головного мозга.
В настоящее время следует считать установленным, что все органы тела имеют свое «представительство» в коре, т. е. иначе говоря, деятельность всех органов находится под контролем головного мозга. Первые факты в этом направлении были получены еще в 1871 г. в отношении скелетной мускулатуры.
Область коры, раздражение которой вызывает движение мышц, носит название двигательной зоны.
Остальные участки коры, не дающие двигательных явлений при раздражении, именуются чувствительными зонам и. Строгого разграничения между чувствительными и двигательной зонами, по существу, нет. Однако, преимущественное распределение нервных клеток, несущих одну из этих функций, в той или другой области коры мозга имеется. Так в височной доле мозга существует область, которая определяется как слуховая зона, или слуховой центр. В нем заканчиваются волокна слухового пути, являющиеся продолжением волокон слухового нерва. При оперативном удалении или разрушении этого участка коры вначале наступает резкое нарушение слуха, которое со временем исчезает полностью или становится мало заметным. Организм сам исправляет ущерб, нанесенный операцией, за счет распределения утерянной функции между другими нервными клетками.
Способность центральной нервной системы функционально перестраиваться носит название пластичности. Пластичность в высокой степени присуща высшим отделам центральной нервной системы, т. е. коре головного мозга. Пластичность является одним из свойств, которое обеспечивает приспособление организма к изменяющимся условиям внешней среды.
Локализация высших двигательных и чувствительных центров в коре мозга еще далеко не определяет физиологического значения этого органа. В этом можно очень легко убедиться на опыте. Если у голубя удалить полушария головного мозга, то птица естественно лишается всех функций, связанных с корой. Такой голубь стоит на ногах с несколько прижатой к туловищу головой и почти непрерывно спит. Если отсутствуют внешние раздражения и последние не возникают внутри организма (например голод), голубь сохраняет указанную позу в течение многих часов. На угрожающие жесты он не реагирует. Если сделать попытку столкнуть его с места, то он упирается, но не улетает. Однако способность летать у него сохранилась: достаточно подбросить его вверх, чтобы он полетел, как нормальный голубь. Голубь с удаленными полушариями реагирует также на сильный свет (отличает свет от темноты), резкий звук.
Будучи голодным, такой голубь проявляет некоторое беспокойство — ходит, стучит клювом о землю, но корм не берет, если даже перед ним разбросаны зерна. Страдая от жажды и находясь около воды, голубь не пьет. Но если вложить ему корм в клюв, то он его проглатывает, равным образом как и камешки и другие несъедобные предметы. Таким образом, несмотря на сохранение всех функций, связанных с движением, работой внутренних органов и пр., голубь является глубоким инвалидом и, будучи предоставлен самому себе, обречен на неизбежную гибель.
Вой собаки
Ту же самую картину, только в еще более отчетливой форме, можно наблюдать на собаках, лишенных больших полушарий. Собака без больших полушарий, так же как и голубь, большую часть дня проводит во сне. Она пробуждается от сна с появлением чувства голода или понуждаемая к этому другими внутренними причинами (переполнение прямой кишки или мочевого пузыря). Животное может свободно передвигаться, но если оно встречает на своем пути препятствие, то беспомощно останавливается перед ним и может оставаться в таком положении неопределенно долгое время. Зрительные и звуковые раздражения не изменяют поведения собаки, лишенной больших полушарий, хотя она, бесспорно, в состоянии видеть и слышать. На звуковые раздражения проявляется только ориентировочная реакция,—животное поднимает голову, встряхивает ушами. Сильные звуки вызывают общую реакцию — собака воет. На кличку не реагирует. Пищу принимает только при вкладывании ее в полость рта; пьет, если вода соприкасается непосредственно со слизистой оболочкой губ или рта. Условные рефлексы у собаки без больших полушарий не образуются.
Как у голубя, так и у собаки в приведенных выше опытах удаления обоих полушарий была утеряна одна из важнейших функций коры головного мозга — условно-рефлекторная деятельность. Все сигналы теряли свое значение, все временные связи нарушались. Вид и запах пищи не вызывали пищевой реакции; кличка и вид хозяина не являлись стимулом соответствующей двигательной реакции собаки. Препятствие, которое у нормальной собаки неизменно вызывает реакцию преодоления, в данном случае произвело обратное действие: полное прекращение какого-либо движения. Животное, лишенное коры большого мозга, сохранило все врожденные рефлексы, но для обеспечения сохранности организма это оказалось недостаточным. Постоянные врожденные связи — безусловные рефлексы — слишком инертны, чтобы приспособляться к постоянным колебаниям и чрезвычайному разнообразию факторов внешней среды. Таким образом, следует признать, что кора головного мозга обладает одной из важнейших функций — функцией образования временных связей, которая вместе с системой безусловных рефлексов и определяет сложнейшие формы поведения животного.
Каковы функции и строение головного мозга.
Головной мозг – это и орган мышления, и центр, контролирующий работу остальных органов.
Функции головного мозга
Мозг координирует движения, отвечает за осязание и обоняние, слух и зрение. Дает человеку возможность произносить слова, понимать их, считать, сочинять музыку и наслаждаться ею, видеть, воспринимать геометрические формы и общаться с другими людьми, он позволяет нам планировать дела и фантазировать.
Головной мозг воспринимает стимулы как от внутренних органов, так и от кожи, глаз, ушей и носа. Он реагирует на них, меняя положение тела, согласовывая движение конечностей или изменяя скорость функционирования внутренних органов. Головной мозг ответствен также за уровень сознания и наше настроение.
Никакой компьютер по своим возможностям не может сравниться с человеческим мозгом, но за это приходится платить: головной мозг нуждается в постоянном питании. Ему необходим чрезвычайно высокий уровень кровоснабжения и доставки кислорода – в мозг поступает около 20% от объема крови, выбрасываемой из сердца. Прекращение кровотока на 10 секунд вызывает потерю сознания (обморок).
Недостаток кислорода, снижение содержания сахара, а также попадание в кровь токсических веществ могут на несколько секунд нарушить функции головного мозга, но существуют защитные механизмы, способные предотвратить эти состояния.
Как устроен головной мозг
Головной мозг имеет три главные анатомические части: большой мозг, ствол и мозжечок.
Большой мозг состоит из плотных масс ткани, разделенных на две половины – левое и правое полушария, которые связаны в середине нервными волокнами, образующими так называемое мозолистое тело.
Полушария подразделяют на лобные, теменные, затылочные и височные доли.
• Лобные доли управляют сложными моторными навыками: это речь, настроение, мышление и планирование. У большинства людей центр речи расположен в левой лобной доле.
• Теменные доли анализируют импульсы от рецепторов, расположенных в нескольких частях организма, и осуществляют управление движениями тела.
• Затылочные доли ответственны за зрение.
• Височные доли ответственны за слух, за эмоции и память. Они позволяют человеку узнавать других людей и предметы, обдумывать и восстанавливать в памяти давно прошедшие события, общаться или осуществлять какое-либо действие.
В основании большого мозга находятся скопления нервных клеток – базальные ганглии, таламус и гипоталамус. Базальные ганглии отвечают за координацию движений.
Таламус упорядочивает импульсы всех видов чувствительности (температурной, болевой). Гипоталамус регулирует некоторые автоматические функции организма, например, соотношение сна и бодрствования, поддержание постоянной температуры тела и водный баланс в организме.
Другими важнейшими автоматическими функциями управляет ствол мозга. Он помогает корректировать позу тела, регулирует дыхание, глотание, сердечные сокращения, скорость переваривания и всасывания пищи, а также бодрствования. При повреждении ствола мозга эти функции могут нарушиться, и тогда наступит смерть.
Мозжечок, который располагается вне большого мозга и несколько выше ствола, согласовывает движения человека. Получая информацию от больших полушарий головного мозга, а так же от рук и ног об их положении и мышечном тонусе, мозжечок управляет точными координированными движениями.
И головной, и спинной мозг окружены тремя слоями ткани – мозговыми оболочками, расположенными в следующем порядке:
• мягкая мозговая оболочка – внутренняя, плотно прилегает к головному и спинному мозгу
• паутинная оболочка – средняя, тонкая, служит наружной стенкой для канала, содержащего цереброспинальную (спинномозговую) жидкость
• твердая мозговая оболочка – внешняя и самая плотная. Головной мозг и мозговые оболочки находятся в жестком костном защитном образовании – черепе.
Дополнительную защиту обеспечивает цереброспинальная жидкость – над поверхностью головного мозга между мягкой и паутинной мозговыми оболочками, заполняет внутренние пространства мозга (желудочки) и служит амортизатором для головного мозга в случае внезапного сотрясения и незначительной травмы.
Читайте также: