Головна

II. Гени І МОЗОК

Де був твій викував мозок? ..

У. Блейк. Тигр

З усіх тварин у людини найбільший мозок по відношенню до розмірів його тіла.

Аристотель. частини тварин

Біологічна еволюція супроводжувалася все наростаючою складністю. Сьогодні найскладніші організми на Землі містять значно більше інформації - як генетичної, так і позагенетичної, ніж найскладніші організми, скажімо, 200 мільйонів років тому (що становить лише 5 відсотків історії життя на планеті, п'ять днів на нашу космічному календарем). Найпростіші з організмів Землі сьогодні мають у себе за плечима рівно стільки ж еволюційного розвитку, скільки і найскладніші, і цілком може виявитися, що внутрішня біохімія сучасних бактерій більш ефективна, ніж внутрішня біохімія бактерій три мільярди років тому. Але кількість генетичної інформації сьогоднішньої бактерії, можливо, не надто перевищує те, що містилося в її стародавньому предка. Тут важливо відмінність між кількістю інформації і її якістю.

Різні біологічні форми називаються таксонами. Кордон, що проходить між найбільшими таксонами, відокремлює рослини від тварин або організми зі слабо розвинутим ядром (бактерії, синьо-зелені водорості) від організмів з чітко вираженим і складно влаштованих ядром (наприклад, найпростіші, люди). Однак все організми на планеті Земля, чи мають вони добре вираженим ядром чи ні, мають хромосоми, які містять в собі генетичний матеріал, який передається з покоління в покоління. У всіх організмах молекули спадковості - це нуклеїнові кислоти. З деякими несуттєвими винятками, молекули нуклеїнових кислот, передають спадковість, - це молекули, звані ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти). Дрібніші підрозділи різних рослин і тварин, аж до видів і підвидів, теж можна назвати різними таксонами.

Вид - це група особин, які можуть давати здатне до самовідтворення потомство шляхом схрещування тільки з особинами своєї групи, але не поза нею. В результаті спарювання собак різних порід народжуються цуценята, які, досягнувши дорослого стану, здатні до розмноження. Але схрещування між різними видами, навіть видами настільки близькими, як осли і коні, дає безплідне потомство (в даному випадку мулів). Тому осли і коні вважаються різними видами. Між більш віддаленими видами, наприклад між левами і тиграми, іноді відбувається схрещування, що дає життєздатне, але безплідне потомство, а вкрай рідко трапляється, що воно навіть здатне до розмноження. Це свідчить про те, що визначення виду кілька розпливчасто. Всі люди належать до одного і того ж виду Homo sapiens, що в перекладі з латинської звучить оптимістично: Людина розумна. Наші можливі предки Homo erectus (Людина прямоходяча) і Homo habilis (людина уміла), нині вимерлі, відносяться до одного роду (Homo), але до різних його видів, хоча ніхто, у всякому разі в недавні часи, не намагався експериментальним шляхом з'ясувати, дасть схрещування між ними потомство, здатне до розмноження. У колишні часи було широко поширена думка, що потомство може бути отримано від абсолютно різних організмів. Мінотавр, якого вбив Тезей, був народжений у шлюбі між биком і жінкою. А римський історик Пліній стверджував, що страус, тоді щойно відкритий в природі, з'явився в результаті схрещування між жирафою і комаром. (Я вважаю, що комар в цій ситуації повинен був бути самцем, а жирафа - самкою.) Насправді ж, однак, подібного роду схрещування походили по цілком зрозумілих причин - через відсутність будь-якої мотивації до них.

Протягом цієї глави ми неодноразово будемо повертатися до графіку, зображеному на рис. 1. Суцільна лінія на ньому вказує час самого першого появи на Землі різних головних таксономічних груп. Звичайно, в природі існує значно більше число таких груп, ніж зазначено точками на цьому графіку. Зображеної на ньому кривої відповідає величезна кількість точок, якими слід було б позначити десятки мільйонів різних таксономічних груп, що з'явилися на нашій планеті з того часу, коли на ній з'явилося життя. Головні з них, які виникли в самий останній час, як правило, найбільш складні.

Мал. 1. Еволюція обсягу інформації в генах і в мозку за всю історію життя на Землі. Суцільна крива, що проходить через темні точки, показує кількість бітів інформації, за винятком в генах у різних організмів, чиє приблизний час появи, згідно з наявними геологічними даними, також зазначено на діаграмі. Оскільки кількість ДНК, що припадає на одну клітку, неоднаково в межах таксона, зазначено лише мінімальне для даної групи значення. Дані взяті з роботи Бріттена та Давідсона (1969). Пунктирна крива, що проходить через світлі точки, дає приблизну оцінку інформації, що містяться в мозку і нервовій системі тих же самих організмів. Точки, що відповідають інформації, що міститься в мозку амфібій і ще більш простих тварин, повинні були б знаходитися лівіше діаграми. Хоча на діаграмі і вказано кількість бітів інформації в генетичному матеріалі вірусів, але немає впевненості, що віруси дійсно з'явилися кілька мільярдів років тому. Можливо, що вони з'явилися набагато пізніше і розвинулися з бактерій і інших більш складних організмів шляхом втрати ними своїх функцій. [Існує досить переконлива точка зору, що віруси - це отримали самостійність органи бактерій. - Прим. редакції.] Якби треба було відобразити внесоматіческую інформацію, накопичену людьми (бібліотеки і т. Д.), То відповідна точка виявилася б далеко праворуч за кордоном діаграми.

Певне уявлення про складність організму може бути отримано, якщо просто вивчати його поведінку, тобто число різних функцій, які він покликаний виконувати в своїй життєдіяльності. Але про складність можна судити також по мінімуму інформації, укладеним в генетичному матеріалі організму. Типова людська хромосома має одну дуже довгу молекулу ДНК, завиту в спіраль, так що місце, яке вона займає в просторі, значно менше, ніж якби вона була распрямлена. Ця молекула ДНК побудована з більш дрібних будівельних блоків, кілька нагадують сходинки і боковинки мотузкових сходів. Блоки називаються нуклеотидами і існують в чотирьох різних варіантах. Мова життя, наша спадкова інформація, визначається послідовністю чотирьох різних типів нуклеотидів. Можна сказати, що алфавіт мови спадковості складається всього з чотирьох букв.

Але книга життя дуже багата, типова молекула ДНК хромосоми людини складається приблизно з п'яти мільярдів частин або нуклеотидів. Спадкові програми всіх інших таксонів на Землі записані тією самою мовою, тим самим кодом. І цей єдиний для всіх мову спадковості є одним із свідчень походження всіх організмів на Землі від єдиного предка, від загального для всіх початку життя, яке відокремлене від нас приблизно чотирма мільярдами років.

Інформація, яка містилася в будь-якому посланні, зазвичай вимірюється в одиницях, званих бітами - скорочення від binary digit, що означає «двійковий знак». Найпростіші арифметичні обчислення використовують не десять розрядів (як робимо ми внаслідок того, що завдяки випадку еволюції володіємо десятьма пальцями), а тільки два - 0 і 1. Так що на будь-який досить чітке питання може бути дана відповідь у вигляді 0 або 1, «так " чи ні". Якби спадковий код був описаний на мові, що має не чотири, а дві букви, то число бітів в молекулі ДНК дорівнювало б подвоєному числу пар нуклеотидів. Але так як існує чотири типи нуклеотидів, число бітів інформації в ДНК в чотири рази більше числа пар нуклеотидів. Таким чином, якщо одна хромосома має п'ять мільярдів (5 - 109)) Нуклеотидів, вона містить двадцять мільярдів (2 - 1010) Бітів інформації. (Символ 109 вказує, що за одиницею слід певне число нулів - в даному випадку дев'ять.)

Як багато інформації міститься в двадцяти мільярдів бітів? Чому вона буде відповідати, якщо записати її в звичайній книзі сучасним людською мовою? Наші алфавітні мови, як правило, мають від двадцяти до сорока літер плюс одну-дві дюжини цифр і розділових знаків; таким чином, для таких мов виявляється досить шістдесяти чотирьох незалежних значків. Так як 26 дорівнює 64 (2 х 2 х 2 х 2 х 2 х 2), то не буде потрібно більше шести бітів, щоб визначити кожен значок. Ми можемо уявити собі ситуацію в вигляді «гри в двадцять питань», в якій кожен відповідь відповідає одному біту. Припустимо, що значок, який загадав, - це буква Н. Ми можемо знайти її в такий спосіб.

Перше запитання:Буква це (0) або ж якийсь інший значок (1)?

відповідь:Буква (0).

Друге питання:Знаходиться вона в першій (0) або в другій (1) половині алфавіту?

відповідь:У першій половині (0).

Третє питання:З шістнадцяти букв першої половини алфавіту чи знаходиться вона в числі перших восьми (0) або друге восьми (1) букв?

відповідь:Серед друге восьми (1).

Четверте питання:Серед друге восьми букв чи знаходиться вона в першій половині (0) або в другій половині (1)?

відповідь:У другій половині (1).

П'яте питання: З цих букв чи належить вона до числа Л, М (0) або до Н, О (1)?

відповідь: До числа Н, О (1).

Шосте запитання: Це Н (0) або О (1)?

відповідь: Це Н (0).

Визначення букви Н, таким чином, рівносильно бінарного тексту 001110. Але нам треба було не двадцять питань, а лише шість, і саме в цьому сенсі було сказано, що всього шести бітів достатньо, щоб визначити задану букву. Тому двадцяти мільярдів бітів відповідає приблизно три мільярди букв (2 - 1010/ 6 ? 3 - 109). Якщо вважати, що в середньому слові приблизно шість букв, то інформація, що міститься в хромосомі людини, відповідає приблизно п'яти мільйонам слів (3 - 109/ 6 = 5 - 108). Вважаючи, що на звичайній сторінці приблизно три сотні слів друкованого тексту, ми отримуємо цифру в два мільйони сторінок (5 - 108/ 3 - 102 ? 2 - 106). Якщо середня книга містить п'ятсот таких сторінок, то інформація, укладена в одній-єдиній хромосомі людини, відповідає чотирьом тисячам таких томів (2 - 106/ 5 - 102 = 4 - 103). Ясно тепер, що послідовність сходинок сходів ДНК за обсягом укладеної в ній інформації можна порівняти з гігантською бібліотекою. Точно так же ясно, як багата бібліотека необхідна, щоб описати такий ретельно сконструйований і тонко функціонуючий об'єкт, яким є людська істота. Прості організми володіють меншою складністю і меншими можливостями і вимагають тому меншого обсягу генетичної інформації. Кожен з «Вікінгів» - космічних апаратів, які опустилися на Марс в 1976 році, мав в своїх комп'ютерах заздалегідь запрограмовані інструкції об'ємом в кілька мільйонів бітів. Таким чином, «Вікінг» мав дещо більшою «генетичною інформацією», ніж бактерія, хоча і значно меншою, ніж водорості.

Графік на рис. 1 показує також мінімальна кількість спадкової інформації в ДНК різних живих організмів. Видно, що величина ця у ссавців менше, ніж у людей: більшість ссавців мають менше спадкової інформації, ніж людина. [Взагалі кажучи, прямо з графіка цього не слід. - Прим. редакції.] Всередині деяких таксонів, наприклад амфібій, кількість спадкової інформації сильно змінюється від виду до виду. Є думка, що значна частина цієї ДНК може бути зайвої або нефункціональної. З цієї причини графік дає мінімальнекількість ДНК для кожного таксону.

З графіка видно, що приблизно три мільярди років тому відбулося вражаюче збільшення інформації в організмах, що населяли Землю, а після цього зростання спадкової інформації йшов вельми повільно. Ми бачимо також, що якщо для виживання людини необхідні десятки мільярдів (кілька разів по 1010) Бітів інформації, то відсутню кількість повинна бути поставлено позагенетичної системами: швидкість розвитку систем передачі спадковості настільки мала, що не доводиться шукати джерела подібної генетичної інформації в молекулах ДНК. Сировиною для еволюції служать мутації, успадковані зміни в окремих послідовностях нуклеотидів, які створюють спадкові програми в молекулах ДНК. Мутації викликаються радіоактивністю середовища, космічними променями або, як часто трапляється, виникають випадково - шляхом спонтанних змін в нуклеотидах, які з точки зору статистики завжди можуть мати місце. Інший раз мимоволі розриваються хімічні зв'язки. До певної міри мутації знаходяться під контролем самого організму. Різні організми мають здатність усувати деякі типи пошкоджень структури своїх ДНК. Існують, наприклад, молекули, які стежать за ушкодженнями ДНК. Якщо буде виявлено грубе порушення в системі ДНК, то воно вирізається за допомогою свого роду молекулярних ножиць і ДНК повертається до норми. Але такі зміни не є, та й не можуть бути досконалими: мутації потрібні для еволюції. Однак мутація в молекулі ДНК хромосоми клітини шкіри мого вказівного пальця не робить ніякого впливу на мою спадковість. Пальці не беруть участь, в усякому разі прямо, в розмноженні виду. Важливі мутації в гаметах, статевих клітинах - сперматозоїдах (чоловічих) і яйцеклітинах (жіночих), завдяки яким відбувається статеве розмноження. Мутації, випадковим чином опинилися корисними, є робочий матеріал для біологічної еволюції - як, наприклад, мутація меланіну у деяких метеликів, що змінювала їх колір з білого в чорний. Такі метелики зазвичай жили в Англії на березах, тому для них біле забарвлення - захисна. [Вони називаються березового п'ядуна. - Перекл.] Зміна кольору аж ніяк не давало їм переваги: ??темні метелики були добре відомі і поїдалися птахами, і тому така мутація еволюцією відбраковуються. Але коли в ході індустріальної революції берези стали покриватися сажею, становище змінилося на протилежне: тільки метелики з меланиновой мутаціями могли виживати. Така мутація закріпилася, і з плином часу майже всі метелики стали темними. Зміна було спадкоємною - воно передавалося майбутнім поколінням. При цьому іноді трапляються і зворотні мутації, що йдуть врозріз з меланиновой пристосуванням, які могли б виявитися корисними, якщо б забруднення природи промисловістю Англії було одного разу взято під контроль. Відзначимо, що у всіх цих взаємодіях між мутацією і природним відбором жодна метелик не робила свідомого зусилля пристосуватися до навколишнього середовища. Цей процес хаотичний і випадковий.

Такі великі і складні організми, як люди, в середньому мають приблизно одну мутацію на десять гамет, тобто існує десятивідсоткова ймовірність, що кожен даний сперматозоїд або яйцеклітина буде мати нове і передається у спадок зміна в генетичній програмі, яка визначає собою вигляд нового покоління. Ці мутації відбуваються випадково і майже всі без винятку шкідливі: адже вкрай рідко трапляється, що складна машина стає краще після того, як в інструкцію але по її виготовленню були навмання внесені якісь зміни.

Більшість цих мутацій рецесивні - вони не проявляють себе негайно. Проте вже існує такий високий рівень мутацій, що, як вважають деякі біологи, збільшення молекули ДНK принесло б з собою неприйнятно високі темпи мутацій: якби ми мали більше генів, занадто багато занадто часто відбувалося б з помилкою. [Темп мутацій до певної міри теж регулюється природним відбором, як у нашому прикладі з «молекулярними ножицями». Але, швидше за все, існує певний мінімальний темп мутацій, здатний, по-перше, забезпечити достатню кількість генетичних експериментів, якими міг би оперувати природний відбір, а по-друге, створити необхідну рівновагу між мутаціями, що виникають, скажімо, завдяки космічним променям, і можливостями внутрішньоклітинних механізмів усувати отримані в результаті цих мутацій пошкодження.] Якщо це вірно, то повинен існувати практичний верхня межа кількості спадкової інформації, яку може містити в собі ДНК великих організмів. Таким чином, великі і складні організми, для того щоб існувати, повинні мати достатні джерела позагенетичної інформації. Ця інформація у всіх вищих тварин, крім людини, міститься майже виключно в головному мозку.

Яку інформацію містить мозок? Розглянемо два крайніх протилежних погляди на роботу мозку. Відповідно до першого мозок (або, у всякому разі, вищі його розділи, кора головного мозку) еквіпотенціалью: будь-яка частина його може замінити собою будь-яку іншу частину, і не існує ніякої локалізації функцій. Відповідно до іншого погляду мозок являє собою схему, все блоки якої гранично спеціалізовані: кожна окрема його функція локалізована в цілком певному місці. Істина, мабуть, лежить десь посередині між цими двома крайніми точками зору. З одного боку, будь-який позбавлений містики підхід до роботи мозку повинен пов'язувати фізіологію з анатомією - будь-яка функція мозку повинна забезпечуватися відповідним розташуванням нейронів або іншою формою організації мозку. З іншого боку, можна очікувати, що природний відбір, щоб забезпечити точність роботи мозку і захистити його від різного роду випадковостей, привів до надмірності в його конструкції. Того ж слід очікувати і від несповідимі шляхів еволюції, якими, швидше за все, слідував мозок.

Надмірність пам'яті була ясно продемонстрована Карлом Лешли, психоневрологом з Гарвардського університету, який хірургічним шляхом видаляв значну частину кори головного мозку щурів, і при цьому не було відзначено ніяких змін в їх здатності використовувати раніше отриманий досвід подолання лабіринтів. Завдяки таким експериментам стає ясно, що пам'ять повинна бути локалізована в багатьох різних частинах мозку, а тепер ми знаємо, що деякі спогади переливаються між правою і лівою півкулями мозку через трубу, яка називається мозолясті тілом (corpus callosum).

Лешли встановив також, що не відбувається видимих ??змін в загальному поведінці щури, коли видаляється значна частина - скажімо, десять відсотків - її мозку. Але ніхто не спитав щура, яке її думку з цього приводу. Щоб правильно відповісти на це питання, потрібно ретельно вивчити «соціальне», харчове і захисно-атакуючий поведінку щура. Існує багато прихованих змін в поведінці, є результатом екстріпація, тобто видалення частини мозку, які можуть вислизнути від не надто уважного дослідника, але в той же час мати для щури істотне значення. Наприклад, хто знає, чи зберігається у неї після екстріпація колишній інтерес до привабливою щура протилежної статі і не стає вона раптом байдужою до підкрадається кішці? [Спробуйте перечитати цей абзац, замінивши слово «пацюк» словом «миша», і ви побачите, що ваше співчуття до оперувати і неправильно сприйнятим тварині раптом зросте; це прямий результат впливу, що чиниться мультиплікаційними фільмами на американців. (Мається на увазі герой популярних американських мультфільмів Міккі Маус, маленький симпатичний мишеня. - Перекл.)]

Іноді приводять таке міркування. Рани або пошкодження важливих частин кори головного мозку, що виникли, наприклад, при двосторонньої префронтальної лоботомію або ж в результаті нещасного випадку, надають мале вплив на поведінку людини. Але деякі форми нашої поведінки не надто доступні для спостереження не тільки ззовні, але навіть зсередини. Є типи активності і специфічно людської здатності сприймати світ, які в житті даної людини могутвстречаться нечасто, наприклад творча діяльність. Щоб утворилося зчеплення ідей, властиве будь-якій, навіть найменшому творчого акту, потрібні значні ресурси мозку. А саме ці творчі акти характерні для всієї нашої цивілізації і для людини як виду. І тим не менше у багатьох людей вони трапляються досить рідко, і відсутність їх не сприймається як серйозна втрата ні самим хворим, у якого пошкоджено мозок, ні спостерігає його лікарем.

Хоча відома надмірність в роботі мозку неминуча, категоричне думку, ніби мозок являє собою єдине ціле, майже напевно помилково, і тому більшість сучасних нейрофізіологів відмовляються від подібних уявлень. [У спеціальній літературі такі уявлення називають холістичної або ноетіческіх. - Перекл.] З іншого боку, менш сильні твердження - наприклад, що пам'ять є функція всієї кори головного мозку, - не можуть бути відкинуті з такою ж легкістю, хоча вони, як ми переконаємося в подальшому, доступні перевірці.

Багато суперечок йде з приводу того, що половина або навіть ще більша частина мозку людиною не використовується. З еволюційної точки зору такий стан було б абсолютно незвичним: як могли б розвиватися ці його частини, якщо вони не виконують ніяких функцій? Але в дійсності саме твердження базується на занадто малому числі даних. Воно як і раніше виводиться з того факту, що багато пошкодження мозку, здебільшого його кори, не роблять видимого впливу на поведінку. При цьому не береться до уваги, по-перше, можливість надмірності в роботі мозку і, по-друге, та обставина, що багато в людській поведінці важко вловлюється. Наприклад, пошкодження правої півкулі кори головного мозку може викликати порушення в розумової діяльності і в діях хворого, але лише в тих їх формах, що не пов'язані зі словесними конструкціями. Стало бути, ці порушення важко описати як самому хворому, так і тим, хто вивчає його лікаря.

Відомо одне важливе свідчення на користь локалізації різних функцій в мозку. Були виявлені лежать під корою головного мозку окремі його ділянки, пов'язані з апетитом, підтриманням рівноваги, терморегуляцией, циркуляцією крові, тонких рухів і диханням. Класичні дослідження вищих нервових функцій головного мозку були проведені канадським нейрохірургом Уанлдером Пенфілдом. Він впливав електричним струмом на різні частини кори головного мозку, намагаючись полегшити страждання людей, хворих на епілепсію. У свідомості пацієнтів виникали уривки спогадів, вони відчували запахи, чули звуки і бачили кольорові образи минулого - і все це було викликано дією слабкого електронного струму на певну точку їх мозку.

Типовий приклад: коли Пенфилд пропускав за допомогою свого електрода струм через ділянку кори, видимий в отвір черепа, пацієнт міг чути гру оркестру у всіх її деталях. Якщо Пенфилд говорив пацієнту, який, як правило, під час всієї операції знаходився в абсолютному свідомості, що він нібито дратує струмом його мозок, в той час як насправді він цього не робив, то у всіх випадках у свідомості пацієнта не виникало слідів яких -або спогадів. Але коли без жодного попередження через електрод подавайся ток, виникали картини минулого або ж тривали перервані спогади. Пацієнт повідомляючи, що до нього приходить відчуття чогось знайомого або навіть в його свідомості повністю прокручивались події, колишні багато років назад. Одночасно пацієнт цілком усвідомлюючи, що знаходиться в операційній і веде бесіду з лікарем, і це не викликало у нього ніякого внутрішнього конфлікту. Незважаючи на те що деякі пацієнти оцінювали ці «зворотні кадри» як свого роду легкі сни, в таких відчуттях не було ніякої символіки, характерною для сновидінь. Експерименти ставилися майже виключно на епілептиків, але, можливо, хоча ніяких доказів тому немає, що і неепілептікі, опинившись в подібних обставинах, будуть відчувати ті ж стану.

В одному з експериментів, коли електричним шляхом стимулювали потиличну частину кори головного мозку, яка пов'язана із зором, пацієнт бачив пурхає метелика з такою переконливою ясністю, що простягнув руку з операційного столу, щоб зловити її. В аналогічному експерименті, проведеному з мавпою, тварина уважно вдивлявся в щось прямо перед собою, робило швидке хватательное рух правою рукою, а потім в очевидному замішанні досліджувало свою порожню долоню.

Безболісна електростимуляція кори головного мозку, по крайней мере, у багатьох людей викликала цілі каскади спогадів про деякі конкретні події. Але видалення ділянки мозку, що примикає до електрода, що не стирало пам'яті. Важко втриматися від виведення, що, в усякому разі, у людей спогади знаходяться десь в корі головного мозку, чекаючи, коли мозок пожвавить їх, пославши електричні імпульси, які, звичайно, в цьому випадку приходять не ззовні, від експериментатора, а виробляються всередині самого мозку. [Є суттєва різниця між експериментальним роздратуванням певних зон мозку електричним струмом і видаленням або руйнуванням тих же зон. Роздратування може передаватися на інші зони і включати, подібно рубильника, складні системи, функція яких значно ширше функції раздражаемого ділянки мозку. А пошкодження тієї ж самої зони часто виявляється недостатнім для того, щоб порушити функцію всієї цієї багатокомпонентної системи. - Прим. редакції.]

Якщо вважати пам'ять функцією кори головного мозку як цілого - на зразок свого роду динамічної реверберації або стоячій електричної хвилі, - а не чимось статично розташованим в різних відсіках мозку, то стає зрозумілим, чому після серйозних уражень мозку пам'ять все-таки зберігається. Відомі науці факти, однак, свідчать про протилежне. В експериментах, які провів американський нейрофізіолог Ральф Джерард в Мічиганському університеті, хом'ячки були навчені вибиратися з простого лабіринту, а потім їх охолоджували майже до точки замерзання, приводячи тим самим у штучну сплячку. Температура була настільки низькою, що припинялася будь-яка електрична активність мозку, яку вдавалося зафіксувати. Якби динамічний підхід до пам'яті був правильним, то зберігається в пам'яті досвід успішного подолання лабіринту в експерименті стирався б. Однак після відігрівання хом'ячки пам'ятали все. Схоже, що пам'ять локалізована в певних ділянках мозку і її «виживання» після масивних уражень мозку є результатом зберігання в різних ділянках мозку надмірної кількості статичних слідів пам'яті.

Пенфилд, розширивши дослідження своїх попередників, виявив також примітну локалізацію функцій в рухової частини кори. Певні частини поверхні нашого мозку посилають сигнали строго певних частин тіла або ж приймають сигнали від них. На рис. 2 і 3 дана карта чутливих і рухових ділянок кори, розроблена Пенфілдом. На ній в надзвичайно наочному вигляді відображена відносна важливість різних частин нашого тіла. Надзвичайно велика частина мозку, віддана пальцях руки і особливо великому пальцю, а також роті і органам мови, в точності відповідає тим особливостям нашої фізіології, що виділили нас з усього тваринного світу. Людська культура, здатність людей до навчання ніколи не могли б розвинутися без участі мови, а наша нинішня техніка і все, що створено людством, ніколи не з'явилися б на світ, якби не було у нас такої руки. У певному сенсі карта рухової частини кори головного мозку людини є точний портрет всього людства.

Однак сьогодні з'явилися і нові свідчення на користь локалізації різних функцій в мозку. Витончені досліди, проведені Девідом Хюбел в Гарвардській медичній школі, показали, що в мозку існують особливі нейрональні мережі, які вибірково реагують на сприймаються оком лінії, різноорієнтовані в просторі. Одні нейрони відгукуються на горизонтальні лінії, інші сприймають вертикальні і діагональні лінії, і стимулом для кожного з них є тільки такі лінії, які орієнтовані в просторі відповідним даним нейрона чином. Значить, хоча б мінімальні прояви абстрактної думки можна простежити в мозку до рівня окремих клітин.

Існування специфічних ділянок мозку, пов'язаних з конкретними пізнавальними, чутливими або руховими функціями, передбачає, що не повинно бути жорсткою залежності між масою мозку та розумовими здібностями. Очевидно, що деякі частини мозку більш важливі, ніж інші. Серед володарів особливо великого але масі мозку були Олівер Кромвель, Іван Тургенєв і лорд Байрон. Але, з іншого боку, мозок Альберта Ейнштейна не відрізнявся особливою величиною. Анатоль Франс, один з найблискучіших умів, володіючи мозком вдвічі меншим, ніж у Байрона. У новонародженого людського дитинчати надзвичайно великий відношення маси мозку до маси тіла (близько 12 відсотків), і його мозок, особливо кора великих півкуль, продовжує швидко рости протягом перших трьох років життя - періоду найбільш швидкого навчання. До шести років маса мозку досягає 90 відсотків від її величини в дорослому стані. У середньому маса мозку сучасної людини становить приблизно 1 375 грамів. Так як щільність мозку, як і всіх інших тканин тіла, приблизно дорівнює щільності води (один грам на кубічний сантиметр), то обсяг такого усередненого мозку посилання - 1 375 кубічних сантиметрів, що трохи менше півтора літрів.

Але мозок сучасної жінки приблизно на 150 кубічних сантиметрів менше. Однак якщо враховувати культурні показники і здатність до виховання дітей, то немає ніяких явних свідчень про відмінність розумових здібностей між статями.

Мал. 2 і 3. Чутливий (сенсорний) і руховий (моторний) гомункулюс (по Пенфілдом). Наводяться дві карти спеціалізації функції в корі головного мозку. Пропорції людського тіла на малюнках порушені, щоб мати можливість показати, скільки уваги приділяє кора головного мозку кожної окремої частини тіла: чим більшою вона показана на малюнку, тим більше і який чиниться їй увагу. Зліва показана соматическая сенсорна, або чутлива, область, яка отримує нервові імпульси від зображених на малюнку частин тіла, праворуч - відповідна карта, що показує передачу імпульсів від мозку до тіла

1 - чутливий (сенсорний) гомункулюс; 2 - Руховий (моторний) гомункулюс; 3 - внутрішні органи; 4 - гортань; 5 - мова; 6 - зуби, ясна і щелепи; 7 - нижня губа; S - губи; 9 - верхня губа; 10 - обличчя; 11 - Ніс; 12 - Очей; 13 - великий палець; 14 - вказівний палець; 15 - середній палець; 16 - безіменний палець; 17 - мізинець; 18 - пензлик; 19 - зап'ясті; 20 - передпліччя; 21 - Лікоть; 22 - рука; 23 - Плече; 24 - голова; 25 - шия; 26 - тулуб; 27 - Стегно; 28 - Гомілку; 29 - Ступня; 30 - статеві органи; 31 - пальці ніг; 32 - кісточка; 33 - коліно: 34 - брову; 35 - Повіку і очне яблуко; 36 - щелепу; 37 - жування; 38 - слиновиділення; 39 - мова; 40 - ковтання

Тому різниця в масі мозку в 150 грамів у людей несуттєва. Порівнянні відхилення в масах мозку мають місце у дорослих людей різних рас (у людей жовтої раси обсяг мозку трохи більше, ніж у людей білої раси), і, оскільки за інших рівних умов не виявляється ніякої різниці в інтелекті, ми знову приходимо до колишнього висновку. А розбіжність в розмірах мозку у лорда Байрона (2200 грамів) і Анатоля Франса (1100 грамів) дозволяє припустити, що різниця навіть в межах багатьох сотень грамів може бути функціонально незначною.

З іншого боку, у хворих мікроцефалією, які народжуються з маленьким мозком, пізнавальні здібності дуже обмежені. Зазвичай маса їх мозку коливається між 450 і 900 грамами. У нормі новонароджений має масу мозку 350 грамів, а однорічна дитина - 500 грамів. Мабуть, мозок може бути менше середнього до певної межі, за яким подальше зменшення його розмірів пов'язано з різким порушенням його функцій в порівнянні з нормальним мозком дорослої людини.

Більш того, існує статистична залежність між масою або розміром мозку і розумовими здібностями людини. Співвідношення, як ясно показує паралель Байрон - Франс, аж ніяк не точне. Про розумових здібностях в кожному окремому випадку не можна судити за розмірами мозку. Однак, як показав американський біолог-еволюціоніст Лейг ван Вейль в Чиказькому університеті, наявні в розпорядженні вчених дані дозволяють встановити досить чітку кореляцію, яка існує в середньому між розміром мозку і розумовими здібностями. Чи означає це, що розмір мозку в певному сенсі визначає рівень інтелекту? А чи не може бути так, що, наприклад, недостатнє харчування, особливо в період внутрішньоутробного розвитку і в дитинстві, призводить одночасно і до малого розміру мозку, і до низьких розумовим здібностям і при цьому першим не спричиняє другого? Ван Вейл вказує, що кореляція між розумовими здібностями і розміром мозку проглядається багато чіткіше, ніж між розумовими здібностями і зростанням або масою тіла, про які точно відомо, що вони (насамперед маса, звичайно) прямо залежать від харчування. У той же час не викликає сумніву, що погане, неповноцінне харчування може негативно позначитися на розвитку інтелекту.

Досліджуючи відкрилася перед ними завдяки працям нейробіологів нову інтелектуальну територію, фізики порахували корисним провести грубі оцінки. Це приблизні розрахунки, але вони окреслюють коло проблем і намічають шлях до подальших досліджень. При цьому, звичайно, вони не претендують на точність. Що стосується зв'язку між розмірами мозку і розумовими здібностями, то абсолютно очевидно, що скласти перепис функцій кожного кубічного сантиметра мозку сучасна наука ще не може. Але невже не існує хоча б грубого і приблизного способу пов'язати між собою масу мозку і інтелект?

Різниця в масі мозку чоловіка і жінки становить інтерес саме в цьому контексті, тому що жінки, як правило, миниатюрнее і мають меншу масу тіла, ніж чоловіки. Якщо тіло, яким йому належить управляти, менше за розмірами, то чи не повинен і мозок бути менше? Звідси випливає, що для порівняння рівнів інтелекту краще брати не абсолютну величину маси мозку, а відношення маси мозку до загальної маси тіла.

На діаграмі, зображеної на рис. 4, дані маси мозку і маси тіла різних тварин. Ясно видно відміну риб і рептилій від птахів і ссавців. Даною масі тіла у ссавців відповідає істотно більша маса мозку. Мозок ссавців в 10-100 разів більше масивний, ніж мозок сучасних рептилій порівнянного розміру. Відмінності між ссавцями і динозаврами ще більше - вони воістину приголомшливо великі і спостерігаються у всіх без винятку випадках. Оскільки самі ми ссавці, у нас, можливо, є деякі забобони щодо порівняльної величини інтелекту ссавців і рептилій, але я думаю, що відомі науці дані абсолютно переконливо свідчать, що ссавці дійсно завжди набагато розумніші, ніж рептилії. (На діаграмі показано також одне інтригуюче виняток: маленький страусоподобний динозавр з позднемелового періоду, у якого відношення маси мозку до маси тіла відповідає тій частині діаграми, де вміщено великі птахи і найменш розумні ссавці. Цікаво було б дізнатися побільше про цих істот, вивченням яких займався Дейл Рассел, керівник відділу палеонтології Національного музею Канади.) на діаграмі, зображеної на рис. 4, видно також, що примати, які включають в себе і людини, відрізняються, хоча і з меншою постійністю, від інших ссавців: мозок приматів від 2 до 20 разів масивніше, ніж мозок інших ссавців, що мають ту ж масу тіла.

Мал. 4. Діаграма, що показує розкид величин «відносини маси мозку до маси тіла» для приматів, ссавців, птахів, риб, рептилій і динозаврів

Якщо поглянути на цю діаграму більш уважно, виділивши на неї деяке число тварин, ми отримаємо нову діаграму, зображену на рис. 5. З усіх організмів, показаних на ній, звір, що має найбільшу масу мозку на одиницю тіла, - це істота, зване Homo sapiens. Наступним за ним йдуть дельфіни. [Якщо брати за критерій відношення маси мозку до маси тіла, то акули повинні бути найрозумнішими з усіх риб, що узгоджується з займаної ними екологічної нішею - хижаки і повинні бути кмітливим, ніж ті, хто харчується планктоном. Дивно, наскільки подібна еволюція акул з еволюцією вищих наземних хребетних і в тому, що у них збільшено відношення маси мозку до маси тіла, і в тому, що у них розвинені координуючі центри у всіх трьох головних частинах мозку.] І я знову не вважаю шовіністичним висновок, зроблений на підставі очевидних фактів, що люди і дельфіни належать до найрозумнішим організмам на Землі.

Важливість відносини маси мозку до маси тіла усвідомлювалася ще Аристотелем. У наш час більше інших для розробки цієї ідеї зробив Гаррі Джерісон, нейропсихіатрія з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі. Джерісон вказує, що існує кілька винятків до встановленої раніше кореляції: наприклад, мозок європейської землерийки має масу 100 міліграмів, а тіло її - 1,7 грама, і ставлення цих величин близько до його значенням у людини. Але ми не маємо права поширювати виявлені закономірності на найдрібніших з тварин, оскільки найпростіші «домашні» турботи, покладені на мозок, вимагають деякої мінімальної маси його речовини.

Мал. 5. Більш докладний розгляд деяких точок діаграми, наведеної на рис. 4. птицеящера - це страусоподобний динозавр, про який йдеться в цій книзі.

Маса мозку дорослої кашалота, близького родича дельфіна, дорівнює майже 9000 грамам, що в шість з половиною разів більше, ніж та середньому у людини. Тут все незвичайне абсолютне значення маси мозку, а не відношення маси мозку до маси тіла. Маса мозку найбільших динозаврів становила близько одного відсотка від маси мозку кашалота. Навіщо кашалоту такий величезний мозок? Чи можливо застосувати до кашалота такі поняття, як думки, осяяння, мистецтво, наука, література?

Критерій відношення маси мозку до маси тіла є дуже зручний засіб для порівняння розумності абсолютно різних тварин. Це те, що фізик назвав би прийнятним першим наближенням. (Відзначимо на майбутнє, що австралопітеки, які були або предками людини, або принаймні його близькими побічними родичами, також мали велике відношення маси мозку до маси співала, що було розраховано але залишкам їх черепів.) Чи не є наша спільна неусвідомлена тяга до немовлятам і іншим маленьким ссавцям, які мають відносно великою головою в порівнянні з дорослими тваринами того ж виду, наслідком нашого несвідомого розуміння важливості відносини маси мозку до маси тіла?

Дані, наведені досі, показують, що перетворення рептилій в ссавців, що почалося понад дві сотні мільйонів років тому, супроводжувалося великим збільшенням відносного розміру мозку і зростанням розумності, а еволюція людини від предкової приматів кілька мільйонів років тому супроводжувалася ще більш вражаючим розвитком мозку.

Людський мозок (виключаючи мозочок, який, як видається, не приймає участі в пізнавальних функціях) містить близько десяти мільярдів перемикаються елементів, званих нейронами. (Мозок, який розташований під корою великих півкуль головного мозку, ближче до задньої частини голови, містить ще приблизно десять мільярдів нейронів.) Електричний струм, що генерується нейронами (або нервовими клітинами) і проходить через них, дозволив італійському анатому Луїджі Гальвані відкрити електрику. Гальвані виявив, що електричні імпульси, що підводиться до лапці жаби, щоразу змушують її смикатися; і стала популярною думка, що властиві тваринам (анімальних) руху в кінцевому підсумку виникають завдяки електриці. Це в кращому випадку лише часткова правда: електричні імпульси, що передаються по нервових волокнах, в дійсності викликають руху за допомогою нейрохимических посередників, але самі ці імпульси генеруються в мозку. Проте сучасна наука про електрику, а також вся електрична і електронна промисловість беруть свій початок від експериментів, проведених в XVIII столітті, в яких лягушачьялапа смикалася через підведеного до неї електричного струму.

Лише через декілька десятиліть після Гальвані кілька добре освічених англійців, що застрягли в Альпах через негоду, влаштували змагання, хто з них напише кращий літературний твір, повне жахів. Одна з них, Мері Шеллі, створила знамениту історію про чудовисько доктора Франкенштейна, яке прокидалося до життя, коли через нього пропускали сильний електричний струм. З тих пір електричні пристрої стали головною опорою фільмів жахів і романів насильства. Ідея, що лежить в їх основі, належить Гальвані. Вона є хибною, але термін проник в багато західні мови - наприклад, можна сказати, що я був «гальванізованого» до написання цієї книги.

Багато нейробіологи вважають, що мозок виконує свої функції завдяки нейронам, хоча є свідчення, що деякі специфічні спогади та інші пізнавальні функції можуть міститися в певних молекулах мозку - таких, як РНК або невеликі білкові молекули. На кожен нейрон в мозку припадає близько десяти гліальних (від грецького слова, що означає «липкий») клітин, які для нейронної архітектури служать будівельними лісами. Середній нейрон людського мозку має від 1000 до 10000 синапсів або контактів з сусідніми нейронами. (Є підстави вважати, що число синапсів багатьох нейронів спинного мозку досягає 10 000, а у так званих клітин Пуркпнье в мозочку - і того більше. Число контактів нейронів кори головного мозку, ймовірно, менш 10 000.) Якщо кожен синапс дає одну відповідь типу «так - ні» на елементарне запитання, як це має місце в перемикаються елементах електронних обчислювальних машин, то максимальне число таких «так - ні» відповідей, або бітів інформації, яка може міститися в мозку, становить близько 1010 - 103 = 1013, Або 10 трильйонів, бітів (або 100 трильйонів = 1014 бітів, якщо вважати, що кожен нейрон має 104 синапсів). Частина цих синапсів повинна містити ту ж інформацію, що вже зберігається в інших синапсах, частина повинна бути пов'язаною з рухової або іншими непізнавальні функціями, а деякі можуть залишатися просто чистими, являючи собою свого роду склад, що очікує нову інформацію, щоб заповнитися нею.

Якби у кожного людського мозку був всього один синапс - що відповідає монументальної дурості, - то наш розум міг би перебувати всього лин в двох станах. Якби ми мали всього 2 синапсу, то йому були б доступні 22 = 4 стану, при 3 синапсах - 23 = 8 станів і вобщем вигляді при n синапсах - 2n стану. Але людський мозок містить близько 1013 синапсів. Таким чином, число різних станів, в яких він може перебувати, являє собою число 2, зведена в цей ступінь, тобто помножене саме на себе десять трильйонів разів. Це неймовірно велике число, що набагато перевищує, наприклад, число всіх елементарних частинок (електронів і протонів) у Всесвіті, яке менше ніж число 2, зведена всього в ступінь 103. Завдяки настільки гігантського числа можливих функціонально різних конфігурацій людського мозку ніякі дві людини, навіть близнюки, вирощені разом, не можуть бути абсолютно однаковими. Ці жахливі числа можуть також в якійсь мірі пояснити непередбачуваність людської поведінки в ті моменти, коли ми дивуємо навіть самих себе тим, що робимо. Більш того, в світлі цих цифр дивним стає, як взагалі існують хоч якісь закономірності в людській поведінці. Нодалеко не всі можливі стани мозку обов'язково здійснюються, колосальне число конфігурацій ніколи не спостерігалося ніким з людей за всю історію людства. З цієї точки зору кожна людська істота справді рідко і відмінно від інших, а звідси як очевидне етичне наслідок випливає священна недоторканність кожної людини.

В останні роки стало ясно, що в мозку існують електричні мікромережі. Нейрони, що входять в ці мікромережі, здатні давати значно ширше коло відповідей, ніж прості «так» або «ні», на відміну від перемикаються елементів в електронних обчислювальних машинах. Розміри цих мікросетей дуже малі (зазвичай близько 1/10 000 сантиметри), і, таким чином, інформація передається по ним з надзвичайною швидкістю. Вони реагують на напругу, рівне приблизно 1/100 того, що необхідно для порушення звичайних нейронів, і тому здатні на більш тонкі і точні відповіді. У міру збільшення складності тварин число таких мікросетей зростає і досягає свого піку - абсолютного і відносного - у людини. Вони виникають на самих останніх етапах внутрішньоутробного розвитку людського дитинчати. Існування таких мікросетей говорить про те, що розум може бути результатом не тільки великий величини відношення маси мозку до маси тіла, але також і надлишку спеціалізованих перемикаються елементів і мозку. Ці мікромережі роблять можливе число його станів ще більшим, ніж випливає з проведених щойно розрахунків, і, таким чином, додатково збільшують дивовижну унікальність кожного людського мозку.

Ми можемо підійти до питання про інформацію, що міститься в людському мозку, іншим шляхом - за допомогою інтроспекції, тобто самоспостереження. Спробуйте уявити собі який-небудь зоровий образ з дитинства. Вдивіться в нього уважно своїм внутрішнім зором. Уявіть, що він складається з маленьких точок на кшталт фотографії в газетах. Кожна точка має певним кольором і яскравістю. Тепер ви можете запитати себе: скільки бітів інформації необхідно, щоб описати колір і яскравість кожної точки, скільки точок потрібно, щоб створити картину, викликану вами в пам'яті, і скільки часу потрібно, щоб згадати всі деталі картини, яка постала перед вашим внутрішнім зором. Вдаючись до спогадів, ви в кожен даний момент зосереджує свою увагу на дуже маленькій деталі картини, ваше поле зору вельми звужене. Коли ж ви зберете разом всі ці дані, то отримаєте швидкість переробки інформації мозком в бітах за секунду. Провівши відповідні обчислення, я отримую, що гранична швидкість переробки інформації мозком дорівнює приблизно 5 000 бітів в секунду. [На площині в одну сторону горизонту - 180 градусів. Діаметр Місяця такий, що її видно під кутом 0,5 градуса. Я можу розрізняти деякі її деталі, скажімо, до дванадцяти окремих елементів. Звідси випливає, що роздільна здатність мого ока становить близько 0,5 / 12 = 0,04 градуса. Все, що менше цього, моє око вже не вважає. Мій внутрішній погляд, так само як мій реальний очей, має розміри приблизно 2x2 градуси. Значить, в кожен момент я можу бачити крихітну квадратну картинку, яка містить (2/004)2 = 2 500 елементів, схожих на окремі точки фотографії, переданої по лініях зв'язку. Щоб визначити всі можливі відтінки сірого кольору, а також усіх інших квітів таких точок, потрібно близько 20 бітів на кожен елемент картинки. Таким чином, для повного опису моєї маленької картинки знадобиться 2 500 х 20, тобто близько 50 000 бітів в секунду. Для порівняння: фотокамери здійснює посадку апарату «Вікінг», які також володіють роздільною здатністю 0,04 градуса, мають лише 6 бітів на кожен елемент картинки, щоб описувати яскравість, і можуть передавати цю інформацію по радіоканалах прямо на Землю зі швидкістю 500 бітів в секунду . Нейрони мозку генерують приблизно 25 ват енергії, що ледь досить, щоб живити маленьку лампу розжарювання. «Вікінг» передає всю інформацію і здійснює інші свої функції, витрачаючи на це близько 50 ват.]

Найчастіше такі зорові спогади концентруються на обрисах фігур і різких переходах від яскравого до темного, а не на конфігураціях частин, що мають нейтральну яскравість. Жаба, наприклад, добре бачить лише контрастні за яскравістю предмети. Є, однак, серйозні свідчення того, що досить звичайні детальні спогади про внутрішні частинах предметів, а зовсім не про їх обрисах. Найяскравіший приклад тому, ймовірно, - експерименти з людьми по реконструкції об'ємного образу, коли необхідно подумки з'єднати пам'ять про те, що бачив одне око, з тим, що в даний момент бачить інший. Злиття образів при такому - він називається анагліфічні - способі їх розгляду вимагає, щоб в пам'ять увійшло 10 000 елементів пред'явленої картини.

Але я зовсім не згадую зорові образи весь час, поки я не сплю, так само як не ставлю постійно людей і навколишні предмети уважного вивчення. Я зайнятий всім цим лише невеликий відсоток часу. Інші мої інформаційні канали - слуховий, дотиковий, нюховий і смаковий - працюють зі значно меншою швидкістю передачі інформації. Я вважаю, що середня швидкість переробки інформації мозком становить приблизно 5 000/50 = 100 бітів в секунду. За шістдесят з гаком років це дає 2 - 1011, Або 200 мільярдів, бітів зорової і будь-якої іншої інформації, збереженої для спогадів, - в припущенні, що я володію ідеальної пам'яттю. Це менше, але не набагато, ніж число синапсів або нейронних сполук (оскільки мозку доводиться займатися не тільки спогадами), з чого випливає, що нейрони і справді є головними перемикаються елементами при виконанні мозком його функцій.

Чудову серію експериментів по виявленню змін, що відбуваються в мозку під час навчання, провели американський психолог Марк Розенцвейг і його колеги в Каліфорнійському університеті в Берклі. Вони містили дві популяції лабораторних щурів в різних умовах: одну в убогій, одноманітною, бідної обстановці, іншу, навпаки, в багатою, різноманітною, збагаченої середовищі. У тварин другої групи виявилося разючу збільшення маси і товщини кори великих півкуль мозку, а також зміна хімії мозку. Ці зміни відбулися як у дорослих, так і у молодих щурів. Подібні експерименти показують, що навчання супроводжується фізіологічними змінами мозку. Вони демонструють також, як пластичність мозку може здаватися його анатомічними механізмами. Оскільки чим більше кора великих півкуль мозку, тим легше здійснити подальше навчання, стає зрозумілим, наскільки важлива багата навколишнє середовище в ранньому дитинстві. Звідси повинно випливати, що навчання відповідає виникненню нових синапсів або ж активації раніше бездіяли. Деякі попередні свідчення на користь цієї точки зору були отримані американським нейроанатомии Вільямом Грінау і його співробітниками в Іллінойському університеті. Вони виявили, що, після того як протягом декількох тижнів щурів навчали виконувати нові завдання в лабораторних умовах, в корі їх великих півкуль виникали нові відгалуження нейронів, що утворюють синапси. У інших щурів, які містилися в тих же умовах, але не отримували аналогічного навчання, подібних нейроанатомических нововведень не спостерігалося. Утворення нових синапсів вимагає синтезу білкових молекул і молекул РНК. Є чимало фактів, що вказують на те, що ці молекули утворюються в мозку під час навчання, а деякі дослідники припускають, що результат навчання міститься в молекулах білків і РНК мозку. Але, мабуть, правильніше буде сказати, що нова інформація міститься в самих нейронах, які, в свою чергу, побудовані з молекул білків і РНК.

Наскільки щільно упакована зберігається в мозку інформація? Зазвичай щільність інформації при роботі сучасної електронної обчислювальної машини становить близько одного мільйона бітів на кубічний сантиметр. Ця величина отримана шляхом ділення всієї кількості інформації, наявної в комп'ютері, на його обсяг. Людський мозок містить, як уже говорилося, близько 103 бітів в обсязі трохи більшому, ніж 103 кубічних сантиметрів. Звідси виходить величина 1013 / 103 == 1010, Тобто близько десяти мільярдів бітів на кубічний сантиметр. Таким чином, наш мозок має в десять тисяч разів більше щільну упаковку інформації, ніж комп'ютер, хоча комп'ютер набагато більше його. Іншими словами, сучасна електронна обчислювальна машина, здатна обробляти обсяг інформації, доступний людському мозку, повинна бути в десять тисяч разів більше його за розмірами. З іншого боку, нинішні комп'ютери можуть обробляти інформацію зі швидкістю від 1 016 до 1 017 бітів в секунду, що в десять мільярдів разів швидше, ніж в мозку. При такій невеликій загальній інформаційній ємності і настільки невисокій швидкості обробки даних мозок повинен бути надзвичайно вдало влаштований і заповнений, щоб вирішувати так багато таких важливих завдань настільки краще, ніж найкращий з відомих нам комп'ютерів.

Коли обсяг мозку тварин подвоюється, число нейронів в ньому не збільшується в два рази. Воно зростає, але повільніше. Людський мозок об'ємом близько 1 375 кубічних сантиметрів, як уже говорилося, містить, без урахування мозочка, близько десяти мільярдів нейронів і приблизно десять трильйонів бітів. У лабораторії Національного інституту розумового здоров'я близько Бетесді, штат Меріленд, я тримав недавно в руках мозок кролика. Він був об'ємом приблизно в тридцять кубічних сантиметрів, тобто розміром з редиску, вміщував кілька сот мільйонів нейронів, що мали справу з декількома сотнями мільярдів бітів інформації, яка керує поведінкою живої істоти, включаючи такі його дії, як поїдання салату, сіпання носом і «загравання» з особливою протилежної статі.

Оскільки серед ссавців, рептилій або амфібій зустрічаються тварини з самими різними розмірами мозку, ми позбавлені можливості дати надійну оцінку числа нейронів в мозку типового представника кожного таксона. Але в наших силах визначити усереднені величини, що яи зробив в схемі на рис. 5. Приблизний підрахунок, наведений там, показує, що людина володіє приблизно в сто разів більшим числом бітів інформації в мозку, ніж кролик. Я не знаю, чи можна сказати, що людина в сто раз розумніше кролика, але я і не впевнений, що це твердження таке вже сміховинне.

Ми в змозі тепер порівняти поступове збільшення кількості інформації, що міститься в генетичному матеріалі, і кількості інформації, що міститься в мозку організмів, за весь час еволюційного розвитку. Дві криві перетнулися в точці, що відповідає часу в кілька сот мільйонів років тому і інформаційної ємності в кілька мільярдів бітів. Десь у вологих джунглях кам'яновугільного періоду з'явилося тварина, яке вперше за весь час існування світу мало більше інформації в мозку, ніж в генах. Це була примітивна рептилія, яку, з'явися вона в наше вчене час, ми не знайшли б надмірно розумною. Але її мозок був знаменним поворотним пунктом в історії життя. Два наступних стрибка в еволюції мозку, які супроводжували виникнення ссавців і поява людиноподібних приматів, були ще більш важливими етапами в розвитку розуму. Основну частину історії життя з часу кам'яновугільного періоду можна назвати поступовим (і, звичайно, неповним) торжеством мозку над генами.




 ВСТУП |  I. КОСМІЧНИЙ КАЛЕНДАР |  космічний календар |  Р-комплекс |  лімбічна система |  Нова кора |  Про природу людини |  IV. ЕДЕМ ЯК МЕТАФОРА: ЕВОЛЮЦІЯ ЛЮДИНИ |  V. абстрагування У ТВАРИН |  VI. Казки Туманного Едем |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати