Чтобы понять механику этого процесса, надо слегка усложнить схему работы нейрона, описанную в прошлой главе на примере аплизии. До сих пор речь шла о нейронах, называемых возбуждающими. Когда один такой нейрон «выстреливает» своим нейромедиатором, это подталкивает следующий по цепи нейрон к собственному «выстрелу» – потенциалу действия. То есть повышает вероятность его возбуждения. «Входящие выстрелы» в каждый нейрон как бы голосуют за его «исходящий выстрел», причем, в зависимости от силы входящих синапсов, вклад каждого из них в «итоге голосования» может быть разным.
Усложнение заключается в том, что нейроны бывают не только возбуждающими, но и тормозящими. Внешне они мало отличаются. Как и возбуждающие нейроны, тормозящие нейроны выбрасывают нейромедиаторы, когда возбуждаются, но это другие нейромедиаторы с другими свойствами. «Выстрел» тормозящего нейрона приводит к эффекту, противоположному «выстрелу» возбуждающего: вместо того чтобы запустить в следующую по цепи клетку положительный заряд натрия и тем самым приблизить ее к потенциалу действия, тормозной нейрон запускает в нее отрицательный заряд хлора. Хлор, как и натрий, в воде существует в виде иона и постоянно хочет попасть снаружи внутрь клетки. Только если натрий заряжен положительно, то хлор заряжен отрицательно, и поэтому струя хлора имеет противоположный натрию эффект: она подавляет потенциалы действия.
Типичный нейрон получает тысячи сигналов – как возбуждающих, так и тормозящих. Каждый из сигналов сам по себе мало что значит: значение имеет их совокупность. Торможение не отменяет возбуждения, а конкурирует с ним на равных, принимая участие в «голосовании», только если возбуждающие синапсы голосуют за потенциал действия, то тормозящие голосуют против.
Благодаря существованию тормозных нейронов разные потоки информации в мозге могут конкурировать друг с другом. Возбуждающий нейрон может не только отправлять потенциалы действия по цепи других возбуждающих нейронов, но и параллельно активировать тормозящий нейрон, вставленный между ним и другими возбуждающими клетками, а значит – подавлять их активность. Чем сильнее будет такой нейрон возбуждаться, тем сильнее он будет «давить» другие возбуждающие нейроны по соседству. Увидев на картинке далматинца, мы уже не можем увидеть что-то другое – те нейроны, которые создали эту интерпретацию, подавили альтернативные интерпретации, чья «сила» была меньше. Ровно то же самое происходит при бинокулярной конкуренции – просто там ни одна интерпретация никак не может победить и окончательно задавить другую.
Баланс возбуждения и торможения определяет то, что мы воспринимаем в любой момент времени. Торможение как бы образует постоянное силовое поле подавления, сквозь которое в сознание пробиваются сенсорные сигналы и их обобщения. Без торможения эти возбуждающие сигналы охватили бы пожаром весь мозг – такое происходит при эпилептических припадках.
Конкуренция между интерпретациями определяет не только их текущую активность, но и долгосрочное выживание. Чем дольше мы смотрим на изображение и видим в нем далматинца, тем активнее используются именно те синапсы, которые ведут к этому ментальному объекту, и менее активно – те, которые ведут к другим возможным интерпретациям (например, что на картинке изображена поверхность воды). В результате своей активной работы «победившие» синапсы становятся все сильнее и сильнее, поэтому дальнейшие изменения в том, что мы видим, становятся все менее и менее вероятными. Так формируются вкусовые предпочтения, созревают по мере чтения книги образы литературных героев, цементируются национальные стереотипы. Борьба интерпретаций реальности, их бескомпромиссная решимость к взаимоисключающей войне против любых конкурентов – это то, что на протяжении всей нашей жизни формирует из мозговой глины человеческую индивидуальность.
Нервная система продолжает меняться и приспосабливаться к окружающей среде всю жизнь, но настоящий «Дикий Запад» возможностей мозга – это детство. Родившись, мы ничего не знаем об окружающем мире, и разные обобщения сенсорной информации имеют равную силу. Но постепенно более успешные интерпретации подавляют менее успешные, что приводит к их дальнейшему усилению. В результате в мозге закрепляются только такие синаптические конструкции, которые адекватно интерпретируют опыт. Это видно даже на анатомическом уровне: в первые пять лет жизни ребенка нейроны его коры сплетаются отростками в густой лес, который затем постепенно, с годами, становится все реже и реже, стабилизируясь только к концу третьего десятка лет жизни. Этот процесс носит название синаптического прунинга (pruning – по-английски «прореживание ветвей кустарника или дерева»). Прунинг можно считать особой формой синаптической пластичности, при которой активные синапсы выживают, а неактивные отмирают.
По большому счету тот же самый, только гораздо более сдержанный и локальный процесс оптимизации мозга продолжается всю жизнь, и в этом постоянном процессе особую роль играет такое удивительное явление, как сон.
Почему миром не правят неспящие
Насколько можно судить, спят все животные9, 10. Конечно, детали сильно различаются, но тот факт, что и люди, и птицы, и мухи, и улитки проводят существенную часть времени жизни, отключившись от окружающего мира, делает сон одним из самых фундаментальных и самых загадочных свойств нашего организма. Сон – это эволюционный парадокс. С точки зрения безопасности это ужасная идея, потому что спящий организм совершенно беззащитен перед неспящим. Если нечто настолько опасное так широко распространено, это должно указывать на принципиальную эволюционную проблему, требующую регулярной приостановки бодрствования. Без сна почему-то не обойтись никому.
Чем может объясняться такая универсальность сна как явления? Раньше сон считался формой отдыха, то есть восстановления ресурсов, что интуитивно соответствует человеческим ощущениям. То, что мы испытываем в голове после сна, напоминает то, что мы испытываем в мышцах после расслабления. Сон действительно отчасти вызывается расходом энергии. Например, чувство сонливости регулируется белками-рецепторами, улавливающими аденозин – фактически «отработанную» молекулу АТФ, из которой извлекли энергию. Чем больше АТФ потребляется мозгом, тем больше аденозина в нем производится и тем скорее наступает сонливость11–13. Тонизирующий эффект кофеина объясняется именно блокировкой аденозиновых рецепторов, в которые эта молекула встревает и предотвращает их правильную работу14.
Но в целом «энергетическая гипотеза» сна сегодня ушла в прошлое. Во-первых, сон совсем необязательно означает отдых для мозга. В некоторых ситуациях мозг во сне может работать еще активнее, чем наяву. Во-вторых, если бы дело было просто в расходе энергии, то эволюция наверняка бы придумала способы обойти эту проблему. Как показывает пример с возникновением теплокровности у предков млекопитающих в мезозойские времена, мы готовы тратить колоссальные объемы энергии вхолостую, чтобы поддерживать свое тело в активном, боевом состоянии. Почему бы просто не подкинуть в мозг лишних дров? Если бы этим можно было решить проблему, все спящие животные были бы давно съедены неспящими. Для объяснения сна нужно нечто более глобальное.
