8 ноября прошел очный финал МТС True Tech Champ 2024. Одним из спикеров главной сцены был Вячеслав Дубынин — доктор биологических наук, профессор МГУ. Вячеслав Альбертович рассказал, как наш мозг реагирует на экстремальные ситуации, например рискованные виды спорта, и закаляет нас. Как говорится, «все, что не убивает нас, делает нас сильнее» — и в этом есть рациональное зерно.

Мы переработали часть доклада для Хабра — из нее вы узнаете, как работают основные отделы головного мозга, почему игра — это врожденная программа и как связаны биологические потребности и эмоции. Полную видеоверсию доклада можно посмотреть тут.

Основные отделы головного мозга

Начну с мышей и крыс. Мы работаем с ними в лаборатории, ставим разные эксперименты по прохождению этими маленькими зверьками лабиринтов. Зачем? Чтобы изучить механизмы памяти и те эмоции, которые животные испытывают, попадая в лабиринт — преимущественно это любопытство и страх. В первом случае мышь пытается понять, что ждет ее за новым поворотом. Во втором — боится столкнуться с чем-нибудь опасным.

Наш мозг все время обрабатывает информацию и анализирует сенсорные сигналы, визуальные, слуховые образы, что-то запоминает. На уровне сознания мы можем отслеживать и контролировать многие факторы. Но есть более глубинная сфера работы мозга, связанная с потребностями и эмоциями. Именно она формирует желание преодолевать препятствия, играть, кого-то любить и быть свободными.

На этом слайде показываю наш мозг. Это примерно 1,3–1,4 кг желеобразной массы:

Когда мы задумываемся о строении мозга, первое, что приходит в голову, — его сложность. Мозг можно сравнить с открытым ноутбуком, где видны платы, чипы, и каждая деталь выполняет свою функцию. Такой взгляд на строение нервной системы существовал еще в античные времена. Но только во второй половине XX века ученые начали понимать, чем именно занимается каждая зона мозга и как работают процессы на микроуровне.

Макроанатомия мозга — это верхушка айсберга. Основные вычислительные процессы происходят на уровне нервных клеток — нейронов. Именно они обеспечивают ключевые функции мозга. Искусственные нейросети, о которых сегодня так много говорят, созданы по подобию естественных нейронных сетей. Их разработка базируется на знаниях, которые биология и нейрофизиология начали активно накапливать начиная с 50-х–60-х годов XX века.

Ученые выяснили, что нервные клетки могут соединяться между собой с помощью контактов, способных изменять свою силу. Этот процесс называется нейропластичностью. Благодаря ему сеть нейронов может обучаться, решать задачи, запоминать информацию, например слова, и даже реализовывать высшие психические функции. Такое понимание делает изучение мозга невероятно увлекательным и дает множество возможностей для науки и медицины.

Наш мозг содержит приблизительно 90 миллиардов нервных клеток, каждая из которых формирует около 5 000 контактов, называемых синапсами. Если умножить эти числа, получается примерно 450 триллионов синапсов. Именно эта невероятная сложность лежит в основе всех наших психических функций. Все, что происходит в психике, можно рассматривать как программы, установленные на эту нейросеть. Часть из них врожденная, а другая — результат обучения и накопления опыта. В центральных структурах мозга, продолжающих спинной мозг и называемых стволом, находится около пяти миллиардов нейронов. Именно здесь сосредоточены врожденные программы, регулирующие базовые потребности и эмоции. Некоторые из них простые, например дыхание, а другие более сложные: чувство голода, любовь, агрессия, стремление преодолевать препятствия или желание играть.

Игра как врожденная программа

Игра — одна из базовых врожденных программ. Она зарождается в стволе мозга, который можно сравнить со стволом дерева. На этом основании «растут» мозжечок и большие полушария. Первый отвечает за моторную память и двигательные навыки — ходьбу, бег, речь или исполнение музыкального произведения. Большие полушария начинают свою работу с обработки сенсорной информации, помогая нам узнавать зрительные и слуховые образы, лица и слова. Постепенно в ассоциативной теменной коре, расположенной на стыке теменной и затылочной долей, формируется способность к осмыслению реальности. Это речевое отражение мира, которое академик Павлов называл «второй сигнальной системой». Сегодня этот процесс можно сравнить с работой искусственных нейросетей, таких как ChatGPT. Именно этой частью мозга мы думаем, планируем и осознаем не только окружающий мир, но и самих себя.

Но психические процессы требуют энергии, которую во многом генерируют наши базовые потребности и стремления. Любопытство, желание преодолевать препятствия и любить — все это движущие силы поведения человека. Даже лень, которая кажется противоположностью активности, может стать мотивацией для выбора бездействия, которое действительно необходимо в конкретный момент.

Кстати, когда мы ленимся, наши нейросети продолжают обрабатывать уже накопленную информацию. Нередко в этот момент у человека появляются самые оригинальные и творческие идеи.

Функциональные блоки мозга

Давайте перейдем от анатомического строения мозга к его функциональным блокам, всего их шесть. Среди них особенно важны теменная и лобная кора, которые на схеме находятся в «желтом прямоугольнике». Это самые сложные зоны: они отвечают за мышление, принятие решений и запуск поведения. Чтобы наши действия были не хаотичными, а эффективными, эти высшие центры обрабатывают информацию из трех основных потоков: центров потребностей, памяти и сенсорных систем. Полученные данные позволяют мозгу объединять, анализировать, интегрировать информацию о различных факторах окружающей среды и внутренних состояний, чтобы принимать обдуманные решения и корректировать поведение.

Высшие зоны мозга работают, сопоставляя три ключевых аспекта:

• чего мы хотим;

• что знаем о способах достижения цели;

• что происходит в окружающем мире.

На основе этой информации выбирается поведенческая программа, которая потом реализуется. После выполнения действий мозг оценивает результат с помощью сенсорных систем. Этот процесс, представленный на схеме выше в виде пунктирной стрелки, формирует замкнутый цикл. Получив обратную связь, мы оцениваем результат (степень успеха в достижении цели), корректируем планы, генерируем новые идеи и учимся на опыте. Все это поддерживает гибкость и адаптивность поведения. Когда одна потребность удовлетворена, на ее место тут же приходит другая. Очередь из мотиваций и желаний никогда не заканчивается — это и определяет постоянное движение вперед, создавая ритм нашей жизни.

Еще один важный функциональный блок мозга — это зона, отвечающая за сон и бодрствование. Она расположена в правом верхнем углу схемы и выполняет роль «блока питания» для психических процессов. Этот центр отвечает за общий тонус и энергетику мозга, создавая базу для нашей активности.

Биологические потребности и эмоции

Истоки энергии, которая лежит в основе поведения и психических процессов, во многом находятся в центрах потребностей. Эти центры задают направление нашим действиям, формируют мотивацию и обеспечивают движение к целям.

Термин «потребность» используется разными науками, от философии до психологии, но в нейробиологии он чаще всего связан с биологическими потребностями. Эти врожденные установки заложены в мозг эволюцией и представляют собой своего рода bios (базовую систему низкоуровневых программ) для наших нейросетей. Анатомически они находятся в глубинных, стволовых зонах мозга — древних структурах, отвечающих за базовые программы выживания и размножения.

Потребности объединяют нас с другими высшими животными. Мы, как кошка, изображенная на слайде, стремимся утолить голод и жажду. Как эти спокойные и уверенные в себе капибары, заботимся о размножении и потомстве. Как эти милые еноты, проявляем любопытство. Все эти базовые биологические потребности заложены в мозгу врожденно. Индивидуальная сила и выраженность этих установок варьируются. При этом кто-то из нас более любопытен, другой — ленив. Кто-то обладает яркой эмпатией, а кто-то — минимальной. Эти различия формируют наш индивидуальный темперамент, делая каждую личность уникальной.

Наши биологические потребности во многом определяются генами, гормональным фоном и врожденными особенностями. Они — основа нашего поведения, и мы обязаны их удовлетворять, чтобы функционировать нормально. Например, если не поесть вовремя, появляются негативные эмоции, а после еды — положительные.

Эта связь между удовлетворением потребностей и эмоциями показывает, как работает нервная система. Когда биологическая потребность удовлетворена, мы в той или иной степени испытываем счастье. Но положительные эмоции важны не только для субъективного ощущения, но и для обучения мозга. Именно они становятся механизмом подкрепления, который помогает коре больших полушарий запоминать, как достигать целей и получать удовольствие.

Эффективность нейронных связей, или синапсов, усиливается на основе успеха — благодаря этому мозг становится более «умным» в достижении целей. Это и есть нейропластичность в ее биологической форме. Она позволяет мозгу изменять свои структуры, повышая эффективность работы.

На сегодня все. Если вам интересно узнать, откуда в нас соревновательность и стремление побеждать, как гормоны влияют на наше поведение, заложен ли в нас с рождения темперамент, а еще — о причинах игромании, смотрите видеодоклад.