Как работает мозг: основные принципы и механизмы

Как работает мозг: основные принципы и механизмы

Вся книга Иглмена говорит о том, что удивительные свойства мозга связаны именно с единообразием его структуры, которая пригодна для приема сигналов от любых периферийных участков тела. Природа и эволюция могут формировать эти участки в любом виде (например, в виде хвоста, щупальца, конечности, усов, глаз, ушей), а мозг как универсальная структура перерабатывает эти сигналы и за счет обратной связи закрепляет образовавшийся навык, то есть обучается. В мозге заложены и безусловные реакции (на дыхание, боль, голод, инстинкт размножения), но тот вид, который имеет большее количество нейронов, быстрее и качественнее обучается, следовательно, успешнее выживает. Мозг улитки из 20 тысяч нейронов обучается точно так же, как мозг обезьяны (60 миллиардов нейронов), но последний гораздо быстрее и неизмеримо шире по возможностям.

С помощью разных примеров в книге показано, что можно сформировать на отдельных участках кожи сенсорные датчики, которые получают звуковую информацию о местоположении окружающих предметов, модулируя звук по частоте и интенсивности в соответствии с этим положением, и после некоторого обучения мозг приспосабливается, у испытуемого появляется возможность различать предметы, то есть фактически видеть кожей. При этом испытуемый после такого обучения не затрачивает мысленных усилий на анализ, какому звуку что именно соответствует, он именно видит, вернее просто мгновенно понимает, что здесь маленький предмет, а здесь глухая стена. Разрешение такого способа «видеть» пока невелико, но для слепого и такая помощь ориентироваться в пространстве очень существенна. Этот пример показывает удивительную способность мозга перерабатывать сигналы и обучаться вплоть до появления автоматического навыка.

Удивительная способность мозга

Мозг человека и животных обладает удивительной способностью перерабатывать сигналы и обучаться. Эта способность позволяет нам адаптироваться к окружающей среде и приобретать новые навыки. В книге Иглмена показано, что мозг устроен так, что может принимать сигналы от любых периферийных участков тела и перерабатывать их в информацию.

Универсальность мозга

Мозг является универсальной структурой, которая может перерабатывать сигналы от любых частей тела. Это означает, что мозг может обучаться и адаптироваться к новым ситуациям, независимо от того, какие части тела участвуют в этом процессе.

Обучение и адаптация

Мозг обучается и адаптируется путем формирования новых связей между нейронами. Это происходит при помощи обратной связи, когда мозг получает информацию о результате своих действий и корректирует их в соответствии с этим.

Примеры обучения

В книге Иглмена приведены примеры обучения, которые демонстрируют удивительную способность мозга. Например, можно сформировать на отдельных участках кожи сенсорные датчики, которые получают звуковую информацию о местоположении окружающих предметов. После некоторого обучения мозг приспосабливается, и испытуемый может различать предметы, фактически видеть кожей.

Значение обучения

Обучение и адаптация имеют enorme значение для выживания и успеха в жизни. Виды, которые имеют большее количество нейронов, быстрее и качественнее обучаются, следовательно, успешнее выживают.

Выводы

Мозг человека и животных обладает удивительной способностью перерабатывать сигналы и обучаться. Эта способность позволяет нам адаптироваться к окружающей среде и приобретать новые навыки. Обучение и адаптация имеют enorme значение для выживания и успеха в жизни.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое мозг и какую роль он играет в организме

Ствол головного мозга — это наиболее древняя его частью с точки зрения эволюции. Он соединяет головной мозг со спинным. Ствол мозга включает в себя продолговатый мозг, варолиев мост и средний мозг. Иногда сюда включают еще промежуточный мозг. Ствол мозга контролирует критически важные функции организма, такие как дыхание, артериальное давление, сердцебиение.

Средний мозг отвечает за передачу информации между разными отделами ЦНС, а также играет важную роль в ориентировочных рефлексах (например, когда нужно резко обернуться на громкий шум).

Варолиев мост связывает мозжечок и головной мозг. Через мост проходит множество двигательных и чувствительных нейронов, которые обеспечивают связь между разными отделами ЦНС.

Продолговатый мозг содержит важнейшие центры, которые отвечают за дыхание и кровообращение (контролируют артериальное давление и сердцебиение). Кроме того, он регулирует глотание и жевание, чихание и кашель, скоординированность движения глаз.

Также к стволу мозга относят промежуточный мозг, который находится у основания полушарий и соединяет их со стволом мозга. Промежуточный мозг состоит из таламуса, гипоталамуса и эпиталамуса.

Таламус работает как передающее устройство для большинства чувствительных нейронов. Почти вся информация от органов чувств проходит через таламус и затем отправляется в соответствующий отдел коры головного мозга. Таламус — как фильтр, которые помогает человеку переключать внимание с одного потока информации на другой.

Гипоталамус располагается возле основания таламуса и контролирует температуру тела, аппетит, жажду, артериальное давление, сон, поведение, кишечную перистальтику.

Также гипоталамус координирует работу гипофиза. Гипофиз — это важный эндокринный орган. Он находится в специальном углублении в черепе — турецком седле — прямо под гипоталамусом. Здесь также находится перекрест зрительных нервов (хиазма). Эта область головного мозга еще называется хиазмально-селлярной. Гипофиз координирует работу щитовидной железы, надпочечников, половых желез и контролирует процессы роста и обмена веществ.

Также рядом с гипофизом находится пинеальная область, включающая в себя шишковидную железу (эпифиз) и прилежащие к нему мозговые структуры, ликворные пространства и сосуды. Эпифиз вырабатывает мелатонин, регулирует циклы сна и бодрствования.

Какова структура мозга и как она влияет на его работу

Мозг – это не просто орган, который отвечает за наши мысли. Это сложнейший центр управления, контролирующий каждый аспект нашей жизни. Без его участия невозможны такие базовые функции, как дыхание, движения, мышление и эмоции. Очень часто, говоря о функциях мозга, люди акцентируют внимание только на познавательных способностях — например, на мышлении, памяти и воображении. Однако его задачи значительно шире и разнообразнее.

Например, мозг управляет нашей способностью чувствовать вкус и запах, он отвечает за утонченную координацию движений, поддержание баланса, а также за регуляцию внутренних органов, таких как сердце и легкие. Более того, он также участвует в производстве гормонов, которые играют ключевую роль в нашем физическом и эмоциональном состоянии. Представьте, что вот, вы бегаете по утреннему парку, вдыхая свежий воздух и наслаждаясь ароматом цветов – все эти чувства и движения контролирует ваш мозг.

Понимание работы мозга может значительно улучшить нашу повседневную жизнь. Именно для этого и создан курс для развития мышления . Эта методика направлена на улучшение когнитивных способностей, помогает раскрыть потенциал вашего мозга и развить его на полную мощность. Программа тренирует внимание, память , логическое мышление, навыки решения проблем и Творческое мышление – всё то, что помогает нам справляться с ежедневными задачами и делать жизнь более насыщенной и интересной. Например, техники и задачи, предлагаемые в курсе, помогут вам запоминать важную информацию быстрее и продумывать стратегии более эффективно.

На страницах курса устройство и огромный потенциал вашего мозга будут представлены постепенно, что позволяет легко понимать даже сложные аспекты его работы. В следующем разделе мы подробно расскажем о строении мозга и о том, какие базовые функции он выполняет, начиная с информационных процессов и заканчивая поддержанием жизнедеятельности организма. Это увлекательное путешествие в мир нейронауки подарит вам новые знания и навыки, которые обязательно пригодятся в жизни.

Какие основные функции выполняет мозг

В переводе с греческого нейрон, или как его еще называют неврон, означает «волокно», «нерв». Нейрон – это специфическая структура в нашем организме, которая отвечает за передачу внутри него любой информации, в быту называемая нервной клеткой.

Нейроны работают при помощи электрических сигналов и способствуют обработке мозгом поступающей информации для дальнейшей координации производимых телом действий.

Эти клетки являются составляющей частью нервной системы человека, предназначение которой состоит в том, чтобы собрать все сигналы, поступающие из вне или от собственного организма и принять решение о необходимости того или иного действия. Именно нейроны помогают справиться с такой задачей.

Каждый из нейронов имеет связь с огромным количеством таких же клеток, создаётся своеобразная «паутина», которая называется нейронной сетью. Посредством данной связи в организме передаются электрические и химические импульсы, приводящие всю нервную систему в состояние покоя либо, наоборот, возбуждения.

К примеру, человек столкнулся с неким значимым событием. Возникает электрохимический толчок (импульс) нейронов, приводящий к возбуждению неровной системы. У человека начинает чаще биться сердце, потеют руки или возникают другие физиологические реакции.

Мы рождаемся с заданным количеством нейронов, но связи между ними еще не сформированы. Нейронная сеть строится постепенно в результате поступающих из вне импульсов. Новые толчки формируют новые нейронные пути, именно по ним в течение жизни побежит аналогичная информация. Мозг воспринимает индивидуальный опыт каждого человека и реагирует на него. К примеру, ребенок, схватился за горячий утюг и отдернул руку. Так у него появилась новая нейронная связь.

Стабильная нейронная сеть выстраивается у ребенка уже к двум годам. Удивительно, но уже с этого возраста те клетки, которые не используются, начинают ослабевать. Но это никак не мешает развитию интеллекта. Наоборот, ребенок познает мир через уже устоявшиеся нейронные связи, а не анализирует бесцельно все вокруг.

Даже у такого малыша есть практический опыт, позволяющий отсекать ненужные действия и стремиться к полезным. Поэтому, например, так сложно отучить ребенка от груди - у него сформировалась крепкая нейронная связь между приложением к материнскому молоку и удовольствию, безопасности, спокойствию.

Познание нового опыта на протяжении всей жизни приводит к отмиранию ненужных нейронных связей и формированию новых и полезных. Этот процесс оптимизирует головной мозг наиболее эффективным для нас образом. Например, люди, проживающие в жарких странах, учатся жить в определенном климате, а северянам нужен совсем другой опыт для выживания.

Как работают нейроны и какова их роль в работе мозга

Наш мозг – очень интересный инструмент, и неизвестно, сможем ли мы когда-нибудь познать его до конца. Мозг человека не воспринимает мир напрямую, между мозгом и миром есть очень много фильтров, через которые просеивается информация. Одна из основных задач современной науки – узнать больше о том, каким образом мозг обрабатывает информацию и выдает результаты этой обработки.

Исследования этих вопросов стали развиваться в конце 40-х годов 20 века. Советский нейропсихолог Александр Лурия написал книгу «Восстановление функций мозга после военной травмы», в которой резюмировал свой опыт работы с пациентами, получившими поражения мозга в военное время. В основу своей теории Лурия внес постулат о том, что существует сеть участков мозга, которые объединяются для выполнения определенной функции. Например, для обработки информации, поддержки какого-то поведения или мыслительных процессов. Теория нейропсихологии Лурии распространилась по всему миру и стала широко известна. Это положило начало детальным исследованиям мозга и процессов обработки информации.

Для того, чтобы выполнить, например, функцию письма, мозг собирает несколько участков мозга в одну функциональную сеть.

Позднее, в 70-х годах, американский математик и психолог Норман Андерсон разработал теорию интеграции информации. Теория гласила, что наш интеллект обрабатывает данные и выдает какое-то решение аналогично работе мозга – формируя и интегрируя воедино куски информации из внутреннего и внешнего мира. На основе этой интеграции мы принимаем решение о том, как воспринимать мир, как себя вести и как понимать других. Эта теория была проверена исследователями по всему миру, и сегодня она применима ко многим областям научного знания – к психологии, экономике, физике и космологии.

Способ, которым мозг обрабатывает информацию, функционален. Для того, чтобы выполнить, например, функцию письма, мозг собирает несколько участков мозга в одну функциональную сеть. Если после того, как человек закончил писать, он захотел почитать, мозг разбирает сеть, предназначенную для функции письма, и собирает новую. При психопатологии происходят похожие процессы. Для того, чтобы выполнить функцию депрессии или шизофрении, мозг собирает определенные участки в единую сеть. Одна из важных задач специалиста при лечении депрессии или шизофрении – выявить и изменить составляющие функциональной сети.

В наши дни ученые во всем мире пытаются выяснить при помощи нейровизуализации, например, функционального МРТ, что происходит в мозге, когда он обрабатывает и формирует информацию, какие участки мозга задействованы в этих процессах, и как они объединяются для того, чтобы создать какую-то новую информационную конструкцию. Благодаря этим исследованиям становится понятнее, какие механизмы помогают человеку выстраивать свою картину мира.

Как мозг обрабатывает информацию и как это происходит на биологическом уровне

Совершенно каждый человек обладает определенными первичными данными. В этом случае речь идет также о том, как происходит взаимодействие с окружающей средой и миром. Сюда можно отнести и то, как именно происходит обработка информации. Некоторые моментально все воспринимают, а другим же нужно приложить довольно много усилий и настойчивости. Со временем способности могут становиться хуже, если они не будут использоваться человеком в полной мере на протяжении его жизни. В то же время мозг и навыки обработки информации вполне реально развить. Для этого важно знать, на что в первую очередь стоит обратить внимание.

Когнитивные функции мозга позволяют познавать окружающий мир, воспринимать и анализировать информацию, делать выводы, запоминать. В дальнейшем происходит обмен полученной информацией, построение какой-то определенной схемы действий.

Когнитивные функции отвечают за наличие у человека таких навыков, как речь и мышление, ориентация в пространстве, способность к размышлению и обучению. Они играют важную роль, влияют условия и качество жизни. Если же часть навыков нарушена, то могут возникнуть проблемы с трудоустройством, поддержкой отношений с окружающими людьми. Соответственно, это скажется на семейном счастье, материальном положении, продолжении рода и прочем.

Даже если человек родился достаточно умным, сообразительным и активным, то со временем все это может исчезнуть, если навыки не тренировать. В то же время люди, способности которых находятся на достаточно низком уровне, могут улучшить свои знания и достичь невероятных результатов.

Какие когнитивные процессы происходят в мозге и как они влияют на наше поведение и мышление

Клиницистам не понаслышке известно о влиянии позитивного мышления на развитие болезни. Но для науки до недавнего времени эти данные были в основном корреляционными и даже в некоторой степени анекдотическими, пока достоверно не определены пути, по которым развиваются такие эффекты.

Команда ученых из Техниона — Израильского технологического института в Хайфе — работает над научным проектом по изучению того, может ли стимулирование области мозга, связанной с положительными эмоциями и мотивацией, повлиять на процесс выздоровления сердца. На основании результатов многочисленных экспериментов исследователи делают вывод, что активация центра вознаграждения (вентральной тегментальной области (VTA)) вызывает устойчивые иммунные изменения, которые способствуют уменьшению рубцовой ткани у перенесших инфаркт мышей.

Эта работа уходит корнями в столетия наблюдений и несколько десятилетий исследований, указывающих на вклад психологического статуса в здоровье человека. Широко известно состояние, так называемый синдром разбитого сердца (кардиомиопатия такоцубо), когда чрезвычайно стрессовое событие может вызвать симптомы сердечного приступа и в редких случаях привести к летальному исходу.

Множество исследований показывает, что позитивный настрой может привести к улучшению состояния людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Однако механизмы, лежащие в основе этих связей, остаются неясными. Тем не менее их расшифровка, считают ученые, может помочь усилить эффект плацебо, реакцию на вакцинацию, пересмотреть подходы к психосоматическим расстройствам.

Команда нейроиммунобиологов из Техниона ранее исследовала связь между эмоциями, иммунитетом и раком на мышиных моделях. В 2018 году группа сообщила, что активация нейронов в VTA усилила иммунный ответ и замедлила рост опухоли, в 2021-м обнаружила нейроны в инсулярной коре (эта часть мозга, помимо прочего, участвует в обработке эмоций), которые были активны при колите. Искусственно активируя эти нейроны, исследователи смогли пробудить иммунный ответ кишечника. Более того, нейроны запечатлели «память» об иммунологической реакции, которую можно было перезагрузить.

Исследователи подозревают, что организм развивает такие «иммунологические воспоминания», потому что они подготавливают иммунную систему к ситуациям встречи с патогенами. Но в некоторых случаях они могут быть дезадаптивными — когда иммунный ответ запускается превентивно, нанося побочный ущерб. Психологические состояния могут влиять на иммунный ответ, обеспечивая потенциальный механизм многих психосоматических расстройств.

Большая международная группа ученых работает сегодня над составлением карты контроля мозга над иммунными реакциями организма. Существует множество линий связи между нервной и иммунной системами — от небольших локальных цепей в таких органах, как кожа, до гораздо более продолжительных «маршрутов», берущих начало в мозге и играющих важную роль в развитии самого широкого спектра заболеваний.

По словам Филипа Свирски, иммунолога из Школы медицины Икана при Медицинском центре Маунт-Синай в Нью-Йорке, эта область «буквально взорвалась за последние несколько лет». Некоторые части нервной системы — например, блуждающий нерв, огромная магистраль нервных волокон, соединяющая практически все органы и системы с мозгом, — послужили источником вдохновения в поиске методов лечения нескольких аутоиммунных заболеваний, которые в настоящее время проходят клинические испытания. Но настоящий «черный ящик» — связь мозга и эффектов на периферии.

Как мозг взаимодействует с другими органами и системами организма

Развитие мозга начинается ещё до рождения крохи, а полностью взрослым учёные считают мозг людей старше двадцати лет. Самый сложноустроенный орган человека претерпевает множественные изменения, невероятно чувствителен к внешним воздействиям, а также во многом зависит от наследственных факторов. Как же развивается мозг человека?

Что происходит до рождения?

В момент, когда ваш малыш сделал первый вдох, его организм уже проделал огромную работу и заложил основу для всего будущего функционирования крохи. Несмотря на то, что размер его мозга увеличится ещё в 4 раза до своего полного созревания, основная масса нейронов в нём уже существует, а биохимия его уже отлажена.

Тот факт, что мозг, управляющий нашими чувствами, мыслями и способностями, формируется ещё в утробе матери, накладывает большую ответственность на беременных женщин. Нельзя недооценивать научные данные о том, что образ жизни, качество пищи и даже эмоциональное состояние женщины во время беременности имеет огромное влияние на развитие малыша.

Так, например, существуют явные доказательства, что стресс во время беременности нарушает формирование структуры трактов лимбической системы, которая, в свою очередь, ответственна за эмоциональные реакции будущего человека. Прием различных лекарств, в том числе безобидного на первый взгляд парацетамола, ученым удалось связать с гиперактивностью детей, а злоупотребление сахаром во время беременности сказалось на когнитивных способностях детей.

Мозг новорожденного. Какой он?

Уникальность человека в том, что его мозг огромен относительно остального тела, поэтому для прохождения родовых путей ребенок рождается слегка недоразвитым, а почти полного размера (около 80%) мозг достигает уже к трём годам. Вы наверняка знаете о родничке, мягкой зоне на голове новорожденного. Именно эта зона ответственна за возможность рождения человека естественным путём и того самого быстрого роста детского мозга.

Итак, ребенок рождается, а перед ним огромный мир и безумно сложно устроенное общество, в котором ему необходимо научиться жить самостоятельно как можно быстрее. Мозг малыша буквально создан для выучивания огромных объемов информации, ведь синапсы (соединения нервных клеток, которые являются основой всех знаний и умений) формируются гораздо быстрее, чем у взрослых и даже подростков.

Принцип формирования синапсов простой. Чем чаще определенная информация попадает к ребенку, тем более значимой считает её организм, соединение крепнет, а навык и память в этой сфере улучшается. Так жизненно важные навыки (например, речь и ходьба) остаются с малышом на всю жизнь, а случайные события с возрастом забываются. Тот же процесс характерен и для мозга взрослых, но скорость освоения информации у них существенно ниже.

Мозг ребенка жаждет новой информации и учится сортировать её по категориям важной и неважной. Именно поэтому дошкольникам важно регулярно и много контактировать с разнообразной средой. Благодаря балансу между различными активностями (творческими и развивающими занятиями, общением со старшими и сверстниками, игрой в одиночестве, нахождении в городе и на природе, на улице и в помещении и так далее) происходит гармоничное развитие малыша, ведь его мозг регулярно встречается с разнообразными ситуациями и учится адекватно реагировать на разные стимулы и решать разноплановые задачи.