змеиный мозг в человеке
Как в человеке «уживаются» три уровня мозга: рептилия, млекопитающее и неокортекс
Согласно концепции Маклина, человеческий мозг напоминает матрешку, части которой «надеты» друг на друга. Маленькая матрешка – примитивный мозг рептилии, средняя – более развитый мозг млекопитающего, верхняя – неокортекс, который есть у человека, в меньшей степени у дельфинов и некоторых приматов.
Мозг рептилии
Когда вы, не успев испугаться, отпрыгиваете от мчащейся машины, вздрагиваете при громком звуке или решаете вылить позавчерашний суп, потому что он плохо пахнет, «реагирует» рептилия.
Этот уровень мозга отвечает за инстинкты и рефлексы, обеспечивает выживание. Формирует простейшие базовые реакции типа «бей, беги, замри» в ситуациях опасности. Включает и выключает активность в ответ на голод, удовольствие и другие примитивные стимулы.
Мозг млекопитающего
Отвечает за эмоции и контакты с собратьями. Способен сохранять старые шаблоны поведения и создавать новые, регулировать взаимодействие с членами стаи. Благодаря ему кошки, собаки и другие млекопитающие хорошо обучаются, выстраивают и соблюдают иерархию, вместе охотятся, коллективно защищаются от угрозы.
В какие моменты у человека «включается» мозг млекопитающего? Когда он чувствует интерес к новому делу, радость от встречи с другом или желание позаботиться о слабом.
Мозг млекопитающего стимулирует к борьбе за первенство, позволяет вместе с другом перенести тяжелый шкаф, распознавать ритм и интонации чужой речи, частично определяет биологические стандарты красоты представителей противоположного пола. И он же мешает формировать новые привычки, потому что не любит выходить из зоны комфорта.
Неокортекс, или Новая кора
Когда вы учитесь в школе или институте, мечтаете о прекрасном принце или планируете сменить работу, сплетничаете с соседкой или читаете доклад с трибуны, это работает неокортекс. Мы обязаны ему всеми научными открытиями и достижениями цивилизации. Но он же порой приводит нас на прием к психологу, потому что любит все усложнять и придумывать пугающие истории.
Новая кора отвечает за переработку информации: синтез, анализ, обобщение, планирование, рассуждение. Умеет смотреть на происходящее с позиции наблюдателя. Позволяет фантазировать, мечтать о будущем, формировать в сознании сложные образы, общаться при помощи речи.
Фото: pixabay.com
Взаимодействие между уровнями
Мозг рептилии и мозг млекопитающего тесно связаны между собой. За миллионы лет они научились слаженно взаимодействовать и мгновенно понимать друг друга. Неокортекс из-за своего относительно недавнего появления не приобрел таких тесных связей с другими отделами, это влечет за собой разные последствия.
Необдуманные эмоциональные реакции
Чем примитивнее мозг, тем быстрее реакция. Мозг рептилии реагирует быстрее мозга млекопитающего, поэтому мы сначала отпрыгиваем от несущегося автомобиля, а уже потом пугаемся.
Мозг млекопитающего реагирует быстрее неокортекса, поэтому сперва испытываем эмоцию по поводу какого-то события, затем формируем свое мнение. Именно поэтому под влиянием эмоций можем совершать поступки, о которых потом жалеем.
Внутренние конфликты
Человеческое воспитание подчас расходится с нашей природой. Шуструю боевую девочку учат быть тихой и послушной. Эмоциональному мальчику говорят: «Мужчины не плачут». Подвижного ребенка часами заставляют играть на скрипке, потому что мама мечтает о сыне-музыканте.
Человек вырастает, привыкая подавлять свои природные наклонности. В один далеко не прекрасный момент примитивные части мозга начинают бунтовать против установок неокортекса, возникает внутренний конфликт и, как следствие, невроз.
Вера во всемогущество разума
Порой мы пытаемся принимать решения «из головы», руководствуясь логикой и пренебрегая чувствами. Такая стратегия хороша в экстремальных ситуациях, но не полезна в обычной жизни.
Пренебрежение чувствами и телесными ощущениями оборачивается неспособностью получать удовольствие. Основываясь на логике, мы не учитываем множество факторов, о которых сообщают примитивные сигнальные системы, в результате совершаем глупейшие ошибки «от большого ума».
Совместная работа – залог успеха
Все уровни мозга нужно учиться синхронизировать. Если неокортекс умеет прислушиваться к эмоциям и телесным ощущениям, не позволяя мозгу рептилии и млекопитающего брать верх и творить, что захочется, то человек живет в мире с собой и окружающими, у него достаточно сил для решения задач и осваивания нового.
Если неокортекс назначает себя главным и создает диктатуру, не обращая внимания на сигналы других частей, или, напротив, устраивает безвластие, не контролируя деятельность примитивных отделов, это добром не кончится. Человека будут преследовать болезни, неудачи и разочарования.
Павел Зыгмантович
Психолог. Делаю сложное понятным
Забудьте о рептильном мозге — у вас его нет!
В 1973 году один учёный совершил ошибку, которая аукается до сих пор.
Учёного звали Пол Маклин, а ошибку — триединый мозг.
Пол Маклин изучал лимбическую систему головного мозга человека. Он заметил, что она крепко связана с эмоциями. Связана, решил он, значит, за них и отвечает. От этого вывода легко было дойти до более общей концепции.
У человека, решил Маклин, мозг состоит как бы из трёх частей — рептильной, лимбической и неокортекса.
Рептильная часть якобы занимается дыханием и движением. Задачи лимбической системы якобы в управлении эмоциями. Ну а неокортекс якобы делает нас людьми — даёт нам возможность разговаривать и планировать на много лет вперёд.
Концепция — этого не отнять — получилась очень красивой. И интуитивно понятной.
Каждый из нас сталкивался с ситуациями, когда эмоции твердили одно, а разум другое. Побеждают чаще всего эмоции. Легко представить, что дело в древности — что древнее, то и сильнее. Разума у животных не наблюдается, значит, эмоции древнее. Всё сходится!
Эти выкладки повлияли даже на нобелевского лауреата Даниэля Канемана. Он продвигал разделение мышления на быстрое и медленное (Система-1 и Система-2, соответственно). И провёл множество качественных экспериментов, которые вроде бы подтверждали существование такого разделения.
На самом же деле тут колоссальная ошибка.
В вашем мозгу нет ящериц
В 2020 году в журнале «Current Directions in Psychological Science» вышла статья двух психологов и одного биолога из США — Джозефа Цезарио, Дэвида Джонсона и Хизера Эйстена. Название статьи говорящее — «Your Brain Is Not an Onion With a Tiny Reptile Inside» («Ваш мозг не луковица с ящеркой внутри»). [1]
Строго говоря, концепцию опровергли ещё в 1990, но ею до сих пор активно пользуются. Поэтому Цезарио, Джонсон и Эйстен и забили тревогу.
Они подробно и наглядно объясняют, что не так с концепцией триединого мозга Пола Маклина. Я лишь кратко перескажу статью, а ознакомиться с ней можно по ссылке в самом конце статьи.
Главный укор концепции триединого мозга таков: биология — не геология. Это в геологии слои накладываются друг на друга, что легко можно увидеть.
В эволюции новое — это лишь переделанное старое. Крылья летучих мышей — не новый орган. Это видоизменённая кисть.
Так и с мозгом. У всех позвоночных существуют одни и те же области среднего и переднего мозга. И все они прекрасно работают.
Посмотрите на птиц. У них небольшой мозг и он отличается от нашего. Но при этом они умудряются летать, что вообще-то требует серьёзных вычислений. А новокаледонские вороны, например, умеют изготавливать орудия. [2]
Концепция триединого мозга тотально противоречит всему, что мы знаем об эволюции. Вот её главная проблема.
Красноречивый факт — когда Пола Маклина цитируют нейроучёные, они обращаются к его экспериментальным статьям. Но его выкладки о триедином мозге они игнорируют. Зато эти выкладки любят учёные, не работающие с мозгом.
Канеман ошибся
Всё просто — Канеман неверно интерпретировал результаты экспериментов. Мы сталкиваемся не с двумя системами. Вы наблюдаем два разных состояния одной системы.
Примерно в то же время, когда в США Пол Маклин выдвинул свою концепцию триединого мозга, в СССР случилось обратное. Пётр Кузьмич Анохин предположил, что мозг делится не на три части, а на системы. Каждая такая система выполняет свою функцию — достижение какого-либо результата. Например, срывание яблока с ветки.
Анохин так и назвал свою теорию — теория функциональных систем. В последствии его ученик Вячеслав Борисович Швырков развил её в системно-эволюционную теорию. [4]
Суть, вкратце, такова. В ходе жизни человек сталкивается с различными задачами — научиться ходить, говорить, читать и так далее. Научение происходит благодаря специализации нейронов в разных областях мозга. Они объединяются в ансамбль и мы получаем то, что в быту называют навыком.
Пока нейроны учатся, всё очень медленно. Но когда они наспециализировались, всё происходит быстро.
Вот ребёнок учится есть ложкой — он делает это медленно, с уймой ошибок. Прошло время, скорость выросла, ошибки исчезли. Почему? Специализация нейронов закончилась, ансамбль сформировался.
Можем ли мы говорить, что пока ребёнок учился, работала медленная Система-2, а потом за дело взялась быстрая Система-1? Можем. Но это будет умножение сущностей.
Куда экономнее сказать, что сначала мы наблюдали формирование навыка, а потом — его применение. Всё время работали одни и те же нейроны. Сначала медленно, а потом быстрее.
Так и с другими выводами Канемана. Почему мы быстрее узнаём эмоции, чем решаем математические задачи? Потому что в распознавании эмоций мы тренируемся в разы больше, чем в математике. Уровень навыков получается очень разным. Отсюда и разная скорость обработки.
А эмоции в системно-эволюционной теории — это топливо, которое “выделяет” система для достижения результата. Вы всё правильно поняли. Эмоции включаются после того, как система в мозгу приняла решение.
Противоречие между эмоциями и разумом надумано. Эмоции следуют за мозгом, а не наоборот.
Просто бывает, что в голове конкурируют две системы (в анохинском смысле это термина — то есть два желанных результата). Если одна из них сильнее, то нам кажется, будто это эмоции. А более слабую систему мы обычно и называем голосом рассудка.
На самом же деле, это всего лишь два нейронных ансамбля борются между собой.
Беру свои слова обратно
Надо признать, что я сам долгое время пользовался концепцией двух систем. Я видел в ней противоречие — почему медленная Система-2 всегда отдаёт навык быстрой Системе-1? — но никак не пытался его разрешить.
Я доверился авторитету Даниэля Канемана и его Нобелевской премии. Это, безусловно, неправильно, я был неправ.
Концепцию триединого мозга Пола Маклина я использовал для дидактических целей. Уточнял, мол, это условное разделение. Но и это всё равно было неправильным решением. Так нельзя, я был неправ.
Надеюсь, эта статья поможет вам отказаться от заблуждений, как это сделал я. Наука не всегда идёт прямым путём. Иногда её заносит в дебри и нет ничего зазорного в том, чтобы признать это и вернуться на столбовую дорогу.
А у меня всё, спасибо за внимание.
В продолжение темы рекомендую мои статьи «Вы ничего не знаете про эмпатию» и «Хватит ругать свой мозг!» .
Прямо в мозг: препятствия и способы их преодолеть
Введение наночастиц в носовую полость мыши для изучения транспорта веществ в мозг в обход гематоэнцефалического барьера.
рисунок автора статьи
Авторы
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: В ходе работы мы выяснили механизм проникновения наночастиц из носовой полости в мозг, минуя гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Для этого были использованы наночастицы оксида марганца (Mn3O4), которые визуализировались при томографии. На данный момент описано несколько возможных путей транспорта веществ из носовой полости в мозг, но точный механизм еще не определен. Чтобы увидеть, как именно наночастицы проникают в мозг, проводились серии экспериментов по блокированию захвата/транспорта наночастиц в нейронах; проверялась и гипотеза транспорта по внеклеточному пространству. Актуальность данной работы — выявление путей доставки лекарственных препаратов и изучение проникновения вирусов в мозг в обход ГЭБ.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Фаворит Российского научного фонда в номинации «Своя работа» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Введение
В организме человека существует специальная система защиты мозга от проникновения в него крупных молекул, в том числе инфекционных агентов — это гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Давайте подробнее рассмотрим его структуру (рис. 1). Первая линия защиты — плотный стой эндотелия капилляров, соединенных плотными контактами. В отличие от большинства капилляров тела, в них нет крупных щелей (пор) для прохождения некоторых белков плазмы [1]. Далее на пути к мозгу находятся перициты (клетки соединительной ткани) и астроциты (вспомогательные клетки в нервной ткани), которые механически не позволяют пройти молекулам крупнее определенного размера. Гематоэнцефалический барьер не пропускает вещества более 400–500 Да по массе, в зависимости от свойства вещества. (Для сравнения, сывороточный альбумин человека, самый распространенный белок в крови, имеет массу 65 000 Да). Также барьер непроницаем для ионов, но пропускает жирорастворимые вещества, воду, кислород, углекислый газ, некоторые обезболивающие и алкоголь (рис. 1).
Рисунок 1. Схема строения гематоэнцефалического барьера.
Э — клетки капилляров, соединенные плотными контактами; A — вещества, не проникающие через ГЭБ; B — вещества, проникающие через ГЭБ каким-либо способом, описанным ниже. Стрелками обозначены белковые системы транспорта веществ внутрь клетки и из нее.
рисунок автора статьи
Таким образом, долгое время считалось, что мозг полностью защищен от проникновения некоторых веществ из крови, пока не было обнаружено возможности прохода через ГЭБ. Такой способ доставки нужен прежде всего для доставки лекарств в нервную систему, поэтому было важно найти способы преодолеть барьер: ослабить клеточные контакты эндотелия (клеточного слоя) капилляров мозга, использовать системы транспорта веществ через мембрану капилляров или проникнуть в мозг с помощью эндоцитоза [2]. У данных способов есть свои недостатки, например, разрушение плотных контактов эндотелия приводило к местному накоплению веществ в мозге, повышению внутричерепного давления и требовало значительного времени на восстановление барьера [3]. Использование систем транспорта растворимых в воде метаболитов для доставки действующего вещества в мозг накладывает ограничения на само вещество. В данном случае оно должно либо имитировать «привычный» для данного белка-транспортера метаболит клетки, либо связываться с метаболитом для прохождения через мембрану [4]. Транспорт веществ путем эндоцитоза (захвата внешнего материала) клетками эндотелия тоже имеет свои недостатки — неспецифический эндоцитоз сведен к минимуму в капиллярах мозга, а специфический эндоцитоз часто включает в себя частичное пропускание вещества. Например, при доставке ионов железа посредством белка ферритином этот белок связывается с рецептором на эндотелии капилляра, проникает в клетку, высвобождает ионы железа для их дальнейшего транспорта в мозг, а потом удаляется из клетки обратно в просвет капилляра [5]. У всех перечисленных выше способов есть общий нюанс — вещество попадает в мозг через кровь, а значит, вещество распределяется равномерно по всему организму, поэтому нужно учитывать его системный эффект. Это накладывает дополнительные ограничения и увеличивает время испытания нового лекарства. В последние десятилетия ученые пытались преодолеть барьер и доставить лекарства с помощью наночастиц, введенных в кровь [6–8].
Наночастицы — собирательное название для группы веществ размером от 1 до 1000 нм. Они могут иметь различаться по форме и своим свойствам, в зависимости от пути преодоления ГЭБа. Это могут быть различные полимеры, натуральные или синтетические, или металлические частицы. Однако пока что наночастицы показывают не лучшие результаты в качестве транспортеров лекарств через барьер, если их вводить в кровь, а способ их проникновения через барьер — все еще спорный вопрос [9]. Как отметил Франческо Элдро, было потрачено много времени на изменение (модификацию) действующих веществ в составе лекарств для преодоления барьера, но гораздо меньше изучали способы их проникновения в мозг [10], [11].
Существуют способы проникнуть в нервную систему, даже минуя стадию попадания в кровь. Конечно, можно просверлить отверстие в черепе и ввести вещество иглой через барьер — это довольно эффективный способ преодолеть ГЭБ. Единственный недостаток в том, что введенное вещество практически не распространяется по мозгу [12]. Но есть и гораздо менее инвазивный вариант — проникнуть в мозг через носовую полость в обход ГЭБа. Рассмотрим, почему этот способ вызывает особый интерес у ученых. Вспомним строение обонятельной системы позвоночных на примере мыши (рис. 2). В носовой полости есть специальный участок скопления рецепторных окончаний нейронов — обонятельный эпителий. От дендритов сигнал проходит через тело, транспортируется по аксону и передается митральной клетке, входящей в состав обонятельной луковицы; место передачи называется синапсом.
Рисунок 2. Строение обонятельной системы.
(a) — строение обонятельной системы мыши в разрезе. ОЭ — обонятельный эпителий, ОЛ — обонятельная луковица, ЛОТ — латеральный обонятельный тракт.
(б) — cтроение обонятельной луковицы мыши. АК) — аксоны обонятельных рецепторов, ГС — гломерулярный слой, МС — митральный слой, 1 и 2 — внешний и внутренний плексиформные слои обонятельной луковицы.
рисунок автора статьи
Тела митральных клеток образуют митральный слой, а аксоны этих клеток формируют латеральный обонятельный тракт. По нему передается информация о запахах в центры головного мозга, которые обрабатывают сигнал. Из-за «доступности» такого способа попадания в мозг, который вдобавок не требует серьезных ограничений по структуре и размерам веществ, данная тема требует более подробного анализа.
Данная работа посвящена изучению процесса проникновения наночастиц в головной мозг через носовую полость. Этот путь актуален не только с точки зрения доставки лекарственных препаратов, но и с точки зрения изучения процесса проникновения вирусов в головной мозг. У всех сейчас на слуху специфический симптом коронавирусной инфекции — потеря обоняния, что свидетельствует о возможности неспецифического проникновения любого вещества в нашу нервную систему.
Описание эксперимента и результаты
Для более точной визуализации транспорта веществ в мозг через носовую полость мы использовали наночастицы оксида марганца (Mn3O4, диаметр
34 нм). Введя их в одну ноздрю мыши, можно увидеть положение наночастиц при томографии (рис. 3).
Рисунок 3. Томограмма обонятельной луковицы мыши.
(a) — распределение МРТ сигнала по слоям обонятельной луковицы (MOB): гломерулярному слою (GL), наружному плексиформному слою (EPL), слою митральных клеток (ML), слою зернистых клеток (GrL) спустя 24 часа после введения Mn3O4-наночастиц в правую ноздрю. Интенсивность сигнала выделена с помощью псевдоокрашивания (компьютер окрашивает изображение в различные цвета в зависимости от интенсивности МРТ-сигнала).
(б) — снимок в присутствии (LTT) и отсутствии (vehicle) ингибитора пресинаптической активности нейрона. Белыми стрелками показаны слои: гломерулярный слой (GL) и слой митральных клеток (ML).
рисунок автора статьи
В ходе работы было проанализировано влияние различных ингибиторов на захват и транспорт наночастиц в головной мозг мыши для ответа на основной вопрос: наночастицы проходят из носовой полости по нейронам или они попадают в нервную систему через внеклеточное пространство [13].
Чтобы проследить путь наночастиц из обонятельного эпителия в обонятельную луковицу, были использованы специфические и неспецифические ингибиторы эндоцитоза, а также вещества, разрушающие плотные контакты клеток обонятельного эпителия. Отличия между ингибиторами эндоцитоза в том, что специфические ингибиторы блокируют захват клетками определенного вещества, а неспецифические снижают общую способность клеток к эндоцитозу. Исходя из полученных данных, мы заключили, что частицы поглощаются клетками ольфакторного эпителия, а не проходят между ними. Также можно сделать вывод, что захват наночастиц происходит без сопряжения с каким-либо веществом, так как специфические ингибиторы эндоцитоза не влияли на уровень МРТ-сигнала.
Чтобы проследить дальнейший путь наночастиц, мы использовали ингибиторы аксонального транспорта (колхицин, лидокаин). Колхицин блокирует перемещение грузов от тела нейронов до синапса; лидокаин подавляет проведение импульсов в нейронах вследствие блокирования натриевых каналов (поэтому наночастицы, попав в нейрон, не могут передаваться дальше в синапс). Оба ингибитора достоверно повлияли на транспорт Mn3O4-наночастиц из носовой полости в мозг. Таким образом, мы показали, что Mn3O4-наночастицы проникают в обонятельную луковицу через аксон, а их транспорт зависит от активности нейрона.
Продолжая двигаться в мозг с наночастицами, мы попадаем во внешний слой обонятельной луковицы. Здесь наночастицы стоят перед выбором: либо идти через синапс в следующий нейрон и дальше транспортироваться по латеральному обонятельному тракту, либо перемещаться через межклеточное пространство.
Понять это возможно посредством влияния блокаторов. Ингибиторы пре- и постсинаптической активности нейронов влияют лишь на стадию транспорта наночастиц из обонятельной луковицы (MOB) в латеральный обонятельный тракт (LOT). Причем значительное влияние оказывают только ингибиторы пресинаптической активности — баклофен и LTT (левитриацетам). Такой эффект появляется из-за того, что наночастицы не работают как нейромедиаторы. Чтобы вызвать у нейрона постсинаптическую активность, вещество должно связаться с рецептором на поверхности нейрона и вызвать появление потенциала действия в нем (передать сигнал дальше по нервной цепочке). Наночастицы не могут связываться со специфическими рецепторами; они попадают в следующий нейрон за счет неспецифического эндоцитоза. Из-за этого ингибиторы постсинаптической активности практически никак не влияют на транспорт наночастиц из обонятельной луковицы в латеральный обонятельный тракт. Поэтому можем сделать вывод: наночастицы передаются транссинаптически по структурам головного мозга, отвечающим за обоняние в обход ГЭБ.
Обсуждение
Таким образом, на примере магнитных наночастиц мы показали, что возможен транспорт частиц из носа в мозг в обход ГЭБ внутри нейрональных клеток. Более того, процесс назального транспорта частиц зависит от активности нейронов. Так как данные наночастицы схожи по размерам и другим физическим свойствам с респираторными вирусами, можно предположить что транспорт вирусов в нервную систему возможен не только путем проникновения через ГЭБ [14]. Таким образом, найденный способ транспорта наночастиц в обход ГЭБ дает основу для исследования передачи вирусных заболеваний этим путем, а также для создания новых противовирусных препаратов. Особой актуальностью обладает исследование транспорта SARS-CoV-2, так как одним из симптомов коронавирусной инфекции является потеря вкуса и обоняния.
Заключение
Итогом работы стало подтверждение гипотезы о том, что наночастицы транспортируются через нейроны в головной мозг, а не через межклеточное пространство. Также мы можем сказать, что они не только захватываются обонятельными рецепторами, но и проходят через синапс в митральную клетку обонятельной луковицы, после чего по латеральному обонятельному тракту транспортируются в головной мозг. Понимание точного механизма транспорта веществ в обход ГЭБ может значительно упростить создание лекарственных препаратов против известных заболеваний — болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера, а также поможет расширить представление о способах проникновения вирусов в нервную систему человека.