Конструкция мозга

Знакомьтесь - роботы!

Чувствовать, знать, уметь - эти качества, поставившие человека на самую вершину животного мира, люди еще во времена Везалия совершенно не связывали с деятельностью мозга. Они считали, что мыслят и принимают решения сердцем. До сих пор о человеке говорят, что у него доброе или черствое сердце. Считалось, что храбрость тоже идет от сердца, а трусость является (почему-то!) продуктом печени.

Эти наивные представления уже давно сменились точным знанием. Сегодня хорошо известно, что все наши ощущения воспринимает мозг, все наши знания накапливаются в мозгу, и он управляет всеми нашими действиями. И все знают, что вместилищем для него является голова. Более того, хорошо известно, какая часть мозга чем именно занимается, с какими органами связана, какими управляет. Одним словом, конструкция мозга известна достаточно подробно. Она настолько совершенна, настолько много умеет и отлично делает, что обойти молчанием важнейшие подробности ее устройства просто невозможно.

Хотите подержать свой мозг в руках? Положите одну ладонь на лоб, другую на затылок, чуть выше шеи. Теперь ваш мозг в ваших руках, защищенный от неаккуратного обращения черепом. Поместите пальцы обеих рук за уши. Где-то между вашими пальцами головной мозг смыкается со спинным.

Круглым счетом 1,2 килограмма весит мозг - ваше главное богатство, состоящее из нервных клеток, количество которых оценивают величинами порядка 10-15 миллиардов штук. Нервная клетка - нейрон - состоит из так называемого тела, отходящих от него коротких ветвистых отростков - дендритов и еще одного длинного отростка - аксона. Дендритами клетка сообщается с подобными себе другими клетками, аксоны - длинные "телеграфные линии", по которым одни из клеток получают сообщения со "всех концов" тела о том, что там происходит, как ведет себя беспокойный внешний мир, а другие посылают приказы мышцам и железам о том, что и как им нужно делать.

Поверхность головного мозга состоит из серого вещества - скопления главным образом тел нервных клеток, образующего так называемую кору; под этим серым покрывалом мозг бел - там подкорка, скопление дендритов, сложная нейронная сеть, в принципах построения, структуре и организации которой ученые разных специальностей пытаются разобраться уже не первый десяток лет. В спинном мозгу, наоборот, серое вещество расположено в центральной части, белое - по периферии.

Почему так? Вероятно, потому, что в такой "конструкции" достигается минимальная длина внешних и внутренних коммуникаций головного и спинного мозга, всей центральной нервной системы.

Передняя часть головного мозга, прикрытая лбом, занимается разработкой и формированием наших планов и намерений, познанием новых сведений, фактов, изучением наук, организацией и координацией информации, хранящейся в других отделах мозга, запоминанием новой информации, принятием всяких решений. Именно эта часть мозга у человека намного больше, чем у других животных.

Глубокая борозда четко разграничивает лобную и затылочную части головного мозга. Эта борозда проходит от уха до уха примерно через макушку головы. Двигаясь от лба к макушке, мы придем к передней стенке этой центральной борозды. С нею граничит моторный центр - та часть мозга, которая отдает приказы мышцам, включает двигатели всех подвижных сочленений.

Любой сравнительно хорошо успевающий студент-медик может по картинке, изображающей топографию мозга, показать, какие его участки управляют движениями пальцев на ноге или руке, движениями ступни, голени, бедра и так далее.

А с противоположной, затылочной, стенкой центральной борозды граничит сенсорный центр - часть мозга, которая занимается расшифровкой и анализом наших ощущений.

Как каждой части тела соответствует управляющий ее движениями участок в моторном центре мозга, так этой же части тела соответствует свой участок в сенсорном центре, распознающий и идентифицирующий все приходящие из этой части ощущения. Позади сенсорного центра, на уровне ушей расположен слуховой центр, распознающий звуки. Впереди него находится центр обоняния, а в затылочной части мозга - зрительный центр.

Человеческое тело обладает внешней симметрией. Естественно, что эта симметрия нашла отражение и в конструкции мозга. Он также симметричен, но по отношению к телу эта симметрия обратна. Так, в частности, движениями левой части тела управляет правая сторона мозга - правое полушарие. У правшей более развито левое полушарие, у левшей - правое.

Вряд ли можно думать, что так получилось случайно или что Природа, подобно ребенку, путает левое и правое. И вряд ли в такой обратной симметрии есть какой-то слишком глубоко скрытый от нас смысл.

Когда разрабатываются новые машины, приборы, автоматы и когда разработчиков спрашивают, почему та или иная деталь, тот или иной узел сделаны так, а не иначе и из каких соображений при этом исходили, то очень часто слышится в ответ: "Так сделано из конструктивных соображений". Тело человека - живая конструкция, и в ней, как и в технической конструкции, те или иные вопросы, например вопросы симметрии или расположения серого и белого вещества, решены, наверное, из чисто конструктивных соображений, тем более что "конструктивные соображения" - категория чисто человеческая.

Если в удивительной конструкции мозга надо было бы выделить самую ее поразительную часть и если это было бы поручено сделать специалистам по вопросам управления, то, вероятно, не менее чем 9 из 10 указали бы на так называемый мозжечок, расположенный в затылочной части под полушариями. Небольшой по сравнению с ними мозжечок представляет собой центральный координирующий и диспетчерский пункт всей "системы управления". Он решает две главные задачи, связанные с построением движений.

Мы теперь знаем, что даже в самых простых на первый взгляд движениях, например в ходьбе, участвует большое количество мышц. Но ведь все они не просто так одновременно сокращаются и расслабляются. Если каждую мышцу уподобить оркестранту, то каждое движение - определенной "партитуре", в которой каждый из оркестрантов должен играть свою особую партию.

Мозжечок выполняет функции дирижера, его усилия превращают группу музыкантов в слаженный оркестр. Чтобы поддерживать равновесие во время ходьбы, все участвующие в построении этого движения мышцы должны делать свою работу точно и согласованно во времени и пространстве, иначе на ногах не удержаться. Роль координатора выполняет мозжечок. В этом состоит одна из главных задач, что он решает.

Уровни напряжения и расслабления мышцы могут быть различными. Очень расслабленная, вялая мышца медленно реагирует на команду включения, плохо повинуется приказам, она не подготовлена к работе. Мозжечок, в этом состоит его другая главная задача, управляет состоянием мышцы, как говорят, ее тонусом, поддерживая его точно на таком уровне, чтобы мышца в любой момент могла ответить полноценной реакцией, нужным действием на включающий ее сигнал.

Если всмотреться в конструкцию мозга, то складывается впечатление, что для мозжечка и место выбрано самое "дирижерское", если исходить все из тех же конструктивных соображений. Он находится прямо-таки в гуще белого вещества и головного и спинного мозга, там, где завязываются и организуются связи между разными отделами мозга, в самой гуще нейронных сетей, в самой гуще "событий".

Со всеми частями, органами и системами тела мозг связан нервами - "многожильными кабелями", сплетенными из многочисленных аксонов. Только непосредственно из головного мозга выходят 12 парных (все та же симметрия!) нервов, которые все, за исключением одного, связывают мозг с "приборами очувствления" и с мышцами, управляющими работой и настройкой этих приборов. Коротко перечислим функции этих каналов связи, перенумеровав последние для удобства по порядку:

1 - обонятельный нерв - несет информацию о запахах;

2 - зрительный нерв - несет зрительную информацию;

3, 4, 5 - обслуживают мышцы, управляющие движением глаза;

6 - особенно занят во время еды. Он несет приказы жевать пищу и говорит о том, что вы жуете. Он же "болит", когда зуб не в порядке. У этого нерва много других функций. Он управляет увлажнением глазного яблока и слезоточением, когда вы плачете. Его ответвления проникают в полость рта, в веки, губы, другие части лица, а также в челюсти, зубы, язык, уши. Он работает, когда вы облизываете губы, когда у вас течет из носу во время насморка;

7 - нерв, управляющий мышцами лица, когда вы, например, смеетесь или сердитесь. Кстати, он сообщает о вкусовых ощущениях, получаемых передней частью языка;

8 - слуховой нерв. Кроме того, одна его часть сигнализирует в мозг, находится ли тело в равновесии, и если нет, то в какую сторону оно падает;

9 - вместе с седьмым нервом обслуживает вкусовые ощущения, управляет речевыми мышцами;

10 - управляет движениями языка во время беседы или когда вы его тщательно оглядываете в зеркале;

11 - управляет мышцами спины и шеи, поворачивающими по вашему желанию голову и даже плечи туда, где происходят самые интересные события;

12 - единственный нерв, который непосредственно из мозга проходит в грудную клетку и желудок. Он регулирует сердцебиение, дыхание и пищеварение; делает он это совершенно незаметно, не отвлекая вас от более важных дел, при условии, что вы строго соблюдаете все правила "эксплуатации", все правила внутреннего распорядка вашего тела. Он же работает, когда, как говорят, сердце "бьется от счастья" или "сжимается от страха".

Мы перечислили только некоторые каналы управления и связи; другие, подобные же каналы связывают центральную нервную систему с другими системами тела, в частности со скелетной и мышечной, обеспечивая все процессы построения движений и управления ими.

Описание конструкции мозга не будет полным даже в первом приближении, если не сказать, как же все-таки мозг получает информацию из внешнего мира, в какой форме, посредством каких приборов? Как чувства говорят, что трава зеленая, что чайник, которого вы коснулись, горячий, что в комнате пахнет сиренью, что по радио передают песню "Течет река Волга"? Как живые приборы обслуживают интеллект?

Видеть, осязать, слышать, чувствовать - это еще не все, но без этого, без связи с окружающим миром, без средств получить из него в той или иной форме информацию человек не может существовать, машина - работать.

Конечно, мы не будем подряд перебирать и описывать все те органы чувств, которыми оснащен человек. Зрение, осязание, слух - вот, пожалуй, пока скромный набор искусственных систем очувствления, которыми оснащали и продолжают оснащать макеты и модели роботов и которые имеют аналоги - точнее не аналоги, а прототипы в живой природе. Мы расскажем о них ровно столько, сколько необходимо, чтобы дать представление о принципах устройства естественных систем очувствления, об их возможностях, их, так сказать, технических характеристиках. Тогда вам не придется верить голословным уверениям и рассуждениям о реальном "соотношении сил" в состязании человека с машиной.

И.И.Артоболевский, А.Е.Кобринский, 1979 год