История компьютерных наук в целом сводится к тому, что учёные пытаются понять, как работает человеческий мозг, и воссоздать нечто аналогичное по своим возможностям. Как именно учёные его исследуют? Представим, что в XXI веке на Землю прилетают инопланетяне, никогда не видевшие привычных нам компьютеров, и пытаются исследовать устройство такого компьютера. Скорее всего, они начнут с измерения напряжений на проводниках, и обнаружат, что данные передаются в двоичном виде: точное значение напряжения не важно, важно только его наличие либо отсутствие. Затем, возможно, они поймут, что все электронные схемы составлены из одинаковых «логических вентилей», у которых есть вход и выход, и сигнал внутри схемы всегда передаётся в одном направлении. Если инопланетяне достаточно сообразительные, то они смогут разобраться, как работают комбинационные схемы - одних их достаточно, чтобы построить сравнительно сложные вычислительные устройства. Может быть, инопланетяне разгадают роль тактового сигнала и обратной связи; но вряд ли они смогут, изучая современный процессор, распознать в нём фон-неймановскую архитектуру с общей памятью, счётчиком команд, набором регистров и т.п. Дело в том, что по итогам сорока лет погони за производительностью в процессорах появилась целая иерархия «памятей» с хитроумными протоколами синхронизации между ними; несколько параллельных конвейеров, снабжённых предсказателями переходов, так что понятие «счётчика команд» фактически теряет смысл; с каждой командой связано собственное содержимое регистров, и т.д. Для реализации микропроцессора достаточно нескольких тысяч транзисторов; чтобы его производительность достигла привычного нам уровня, требуются сотни миллионов. Смысл этого примера в том, что для ответа на вопрос «как работает компьютер?» не нужно разбираться в работе сотен миллионов транзисторов: они лишь заслоняют собой простую идею, лежащую в основе архитектуры наших ЭВМ.
Моделирование нейронов
Кора человеческого мозга состоит из порядка ста миллиардов нейронов. Исторически сложилось так, что учёные, исследующие работу мозга, пытались охватить своей теорией всю эту колоссальную конструкцию. Строение мозга описано иерархически: кора состоит из долей, доли - из «гиперколонок» , те - из «миниколонок» … Миниколонка состоит из примерно сотни отдельных нейронов.По аналогии с устройством компьютера, абсолютное большинство этих нейронов нужны для скорости и эффективности работы, для устойчивости ко сбоям, и т.п.; но основные принципы устройства мозга так же невозможно обнаружить при помощи микроскопа, как невозможно обнаружить счётчик команд, рассматривая под микроскопом микропроцессор. Поэтому более плодотворный подход - попытаться понять устройство мозга на самом низком уровне, на уровне отдельных нейронов и их колонок; и затем, опираясь на их свойства - попытаться предположить, как мог бы работать мозг целиком. Примерно так пришельцы, поняв работу логических вентилей, могли бы со временем составить из них простейший процессор, - и убедиться, что он эквивалентен по своим способностям настоящим процессорам, даже хотя те намного сложнее и мощнее.
На рисунке, приведённом чуть выше, тело
нейрона (слева) - небольшое красное пятнышко в нижней части; всё остальное - дендриты
, «входы» нейрона, и один аксон
, «выход». Разноцветные точки вдоль дендритов - это синапсы
, которыми нейрон соединён с аксонами других нейронов. Работа нейронов описывается очень просто: когда на аксоне возникает «всплеск» напряжения выше порогового уровня (типичная длительность всплеска 1мс, уровень 100мВ), то синапс «пробивается», и всплеск напряжения переходит на дендрит. При этом всплеск «сглаживается»: вначале напряжение за 5..20мс растёт до порядка 1мВ, затем экспоненциально затухает; таким образом, длительность всплеска растягивается до ~50мс.
Если несколько синапсов одного нейрона активизируются с небольшим интервалом по времени, то «разглаженные всплески», возбуждаемые в нейроне каждым из них, складываются. Наконец, если одновременно активны достаточно много синапсов, то напряжение на нейроне поднимается выше порогового уровня, и его собственный аксон «пробивает» синапсы связанных с ним нейронов.
Чем мощнее были исходные всплески, тем быстрее растут разглаженные всплески, и тем меньше будет задержка до активизации следующих нейронов.
Кроме того, бывают «тормозящие нейроны», активация которых понижает общее напряжение на связанных с ним нейронах. Таких тормозящих нейронов 15..25% от общего числа.
У каждого нейрона тысячи синапсов; но в любой момент времени активны не больше десятой части всех синапсов. Время реакции нейрона - единицы мс; такого же порядка задержки на распространение сигнала вдоль дендрита, т.е. эти задержки оказывают существенное влияние на работу нейрона. Наконец, пару соседних нейронов, как правило, связывает не один синапс, а порядка десятка - каждый с собственным расстоянием до тел обоих нейронов, а значит, с собственной длительностью задержки. На иллюстрации справа два нейрона, изображённые красным и синим, связаны шестью синапсами.
У каждого синапса своё «сопротивление», понижающее входящий сигнал (в примере выше - со 100мВ до 1мВ). Это сопротивление динамически подстраивается: если синапс активизировался сразу перед активацией аксона - то, видимо, сигнал с этого синапса хорошо коррелирует с общим выводом, так что сопротивление понижается, и сигнал будет вносить больший вклад в напряжение на нейроне. Если же синапс активизировался сразу после активации аксона - то, видимо, сигнал с этого синапса не имел отношения к активации аксона, так что сопротивление синапса повышается. Если два нейрона связаны несколькими синапсами с разной длительностью задержки, то такая подстройка сопротивлений позволяет выбрать оптимальную задержку, или оптимальную комбинацию задержек: сигнал начинает доходить именно тогда, когда от него больше всего пользы.
Таким образом, модель нейрона, принятая исследователями нейронных сетей - с единственной связью между парой нейронов и с мгновенным распространением сигнала от одного нейрона к другому - весьма далека от биологической картины. Кроме того, традиционные нейронные сети оперируют не временем отдельных всплесков, а их частотой : чем чаще всплески на входах нейрона, тем чаще будут всплески на выходе. Те детали устройства нейрона, которые отброшены в традиционной модели - существенны или несущественны они для описания работы мозга? Нейробиологи накопили огромную массу наблюдений об устройстве и поведении нейронов - но какие из этих наблюдений проливают свет на общую картину, а какие - лишь «детали реализации», и - как и предсказатель переходов в процессоре - не влияют ни на что, кроме эффективности работы? Джеймс считает, что именно временны́е характеристики взаимодействия между нейронами и позволяют приблизиться к пониманию вопроса; что асинхронность так же важна для работы мозга, как синхронность - для работы ЭВМ.
Ещё одна «деталь реализации» - ненадёжность нейрона: с некоторой вероятностью он может активизироваться спонтанно, даже если сумма напряжений на его дендритах не достигает порогового уровня. Благодаря этому, «обучение» колонки нейронов можно начинать с любого достаточно большого сопротивления на всех синапсах: вначале никакая комбинация активаций синапсов не будет приводить к активации аксона; затем спонтанные всплески приведут к тому, что понизится сопротивление синапсов, которые активизировались незадолго до этих спонтанных всплесков. Таким образом нейрон начнёт распознавать конкретные «паттерны» входных всплесков. Что самое важное, паттерны, похожие на те, на которых нейрон обучался, - тоже будут распознаваться, но всплеск на аксоне будет тем слабее и/или позднее, чем меньше нейрон «уверен» в результате. Обучение колонки нейронов получается намного эффективнее, чем обучение обычной нейронной сети: колонке нейронов не нужен контрольный ответ для тех образцов, на которых она обучается - фактически, она не распознаёт , а классифицирует входные паттерны. Кроме того, обучение колонки нейронов локализовано - изменение сопротивления синапса зависит от поведения лишь двух соединённых им нейронов, и никаких других. В результате этого, обучение приводит к изменению сопротивлений вдоль пути следования сигнала, тогда как при обучении нейронной сети веса изменяются в обратном направлении: от нейронов, ближайших к выходу - к нейронам, ближайшим ко входу.
Например, вот колонка нейронов, обученная распознавать паттерн всплесков (8,6,1,6,3,2,5) - значения обозначают время всплеска на каждом из входов. В результате обучения, задержки настроились на точное соответствие распознаваемому паттерну, так что напряжение на аксоне, вызываемое правильным паттерном, получается максимально возможным (7):
Та же самая колонка отреагирует на похожий входной паттерн (8,5,2,6,3,3,4) меньшим всплеском (6), причём напряжение достигает порогового уровня заметно позднее:
Наконец, тормозящие нейроны могут использоваться для реализации «обратной связи»: например, как на иллюстрации справа, - подавлять повторные всплески на выходе, когда вход длительное время остаётся активным; или подавлять всплеск на выходе, если он слишком задерживается по сравнению со входными сигналами, - чтобы сделать классификатор более «категоричным»; или, в нейросхеме для распознавания паттернов, разные колонки-классификаторы могут быть связаны тормозящими нейронами, чтобы активация одного классификатора автоматически подавляла все остальные классификаторы.
Распознавание изображений
Для распознавания рукописных цифер из базы MNIST (28x28 пикселей в оттенках серого) Джеймс из колонок-классификаторов, описанных выше, собрал аналог пятислойной «свёрточной нейросети» . Каждая из 64 колонок в первом слое обрабатывает фрагмент 5х5 пикселей из исходного изображения; такие фрагменты перекрываются. Колонки второго слоя обрабатывают по четыре выхода из первого слоя каждая, что соответствует фрагменту 8х8 пикселей из исходного изображения. В третьем слое всего четыре колонки - каждой соответствует фрагмент из 16х16 пикселей. Четвёртый слой - итоговый классификатор - разбивает все изображения на 16 классов: класс назначается в соответствии с тем, который из нейронов активизируется первым. Наконец, пятый слой - классический перцептрон, соотносящий 16 классов с 10 контрольными ответами.
Классические нейросети достигают на базе MNIST точности 99.5% и даже выше; но по утверждению Джеймса, его «гиперколонка» обучается за гораздо меньшее число итераций, благодаря тому, что изменения распространяются вдоль пути следования сигнала, а значит, затрагивают меньшее число нейронов. Как и для классической нейросети, разработчик «гиперколонки» определяет только конфигурацию соединений между нейронами, а все количественные характеристики гиперколонки - т.е. сопротивление синапсов с разными задержками - приобретаются автоматически в процессе обучения. Кроме того, для работы гиперколонки требуется на порядок меньшее число нейронов, чем для аналогичной по возможностям нейросети. С другой стороны, симуляция таких «аналоговых нейросхем» на электронном компьютере несколько затрудняется тем, что в отличие от цифровых схем, работающих с дискретными сигналами и с дискретными интервалами времени - для работы нейросхем важны непрерывность изменения напряжений и асинхронность нейронов. Джеймс утверждает, что шага симуляции в 0.1мс достаточно для корректной работы его распознавателя; но он не уточнял, сколько «реального времени» занимает обучение и работа классической нейросети, и сколько - обучение и работа его симулятора. Сам он давно на пенсии, и свободное время он посвящает совершенствованию своих аналоговых нейросхем.
Существует пограничное мнение о том, что человеческий мозг сам ничего не генерирует, а только ретранслирует что-то, находящееся вне его. Но когда речь заходит о человеческом мозге, даже такая фантастическая идея может оказаться правдой. Например, наука, в лице прихолингвиста Татьяны Черниговской, выдвигает не менее удивительный тезис: в работе мозга человека главный мозг, а не человек.
Да, тело - непосредственный участник процесса. С его помощью мозг получает знания о вкусах, цветах, запахах. Этим люди пока отличаются от компьютера. Но мозг - главнее, потому что:
- он мощнее и разнообразнее, чем осознаваемая человеком часть мыслительного процесса,
- он принимает решение самостоятельно без участия сознания, и мы не всегда понимаем, как он это делает,
- он с небольшим опозданием информирует сознание человека о принятом решении, но обманом старается успокоить «хозяина», создавая условия, при которых человеку покажется, что решение он принял в ходе серьёзного обдумывания.
Мозг: 10 удивительных фактов
Принципы работы мозга
Особенность работы мозга человека такова, что о норме в рамках этой темы следует говорить с большой осторожностью. Грань между гениальностью и патологией настолько тонка, что почти незаметна. Психические и нервные расстройства фиксируются уже настолько часто, что начали опережать по количеству сердечно-сосудистые заболевания и онкологию. Тем не менее, существуют нормативные показатели для работы мозговых волн, различные отклонения в регистрации которых дают возможность установить патологии развития.
Мозговые волны
«Мозговые волны» - это излучаемые мозгом электромагнитные волновые колебания малой интенсивности с диапазоном частоты от 1 до 40 герц. В норме они имеют следующие показатели:
- Альфа-уровень работы мозга с частотой 8-13 Гц у 95% здоровых людей регистрируется в состоянии расслабленного бодрствования главным образом в областях затылка и темени.
- Бета-ритм. Частота работы мозга 14-40 Гц. В норме имеет слабовыраженные колебания с амплитудой до 3-7 мкВ в областях передних и центральных извилин. Возникает при бодрствовании во время наблюдения или при концентрации на решении проблем.
- Гамма-волна возникает при решении задач, требующих максимальной сосредоточенности. Колебания от 30-100 Гц в теменной, височной, фронтальной и прецентральной областях.
- Дельта-ритм с колебаниями 1-4 Гц связан с медленными восстановительными процессами и низкой активностью.
- Тета-ритм. Его частота - 4-8 Гц с регистрацией в гиппокампе и фронтальных зонах. Возникает при переходе расслабленного бодрствования в сонливость.
Принцип рефлекторной работы
Базовый принцип работы нервной системы - рефлекторный.
Рефлекс - это реакция организма на раздражение рецепторов (чувствительных образований), выполнение которой происходит с участием нервной системы.
Рене Декартом в 17 веке был открыт рефлекторный принцип нервной деятельности в целом. А предположение о рефлекторной деятельности высших отделов мозга, то есть, принцип рефлекторной работы мозга был открыт И. Сеченовым уже в 19 веке. И. Павлов разработал пути экспериментального объективного исследования функций коры и методику выработки условных рефлексов на безусловные. Развивая эти представления, П. Анохин создал концепцию функциональной системы, в рамках которой утверждается, что в каждый момент времени складывается сложная система - временное объединение чувствительных рецепторов, нервных элементов структур головного мозга с исполнительными органами.
Человек не компьютер
В целом принципы работы мозга отличаются от принципов работы компьютера и сравнивать их можно только с многочисленными оговорками. Так, например, у человека, в отличие от компьютера, не существует единой энергонезатратной пассивной локализации памяти. Однако нейроны, отвечающие за состояние памяти, всё-таки сосредоточены более-менее сгруппировано в неокортоксе, который содержит около 11млрд. нейронов и ещё больше глий. (Этот тип клеток мозга становится средой обитания нейронов, а их метаболизм связан с метаболизмом нейронов).
Правое и левое полушария: ответственность и синергия
Почти в каждом онлайн-тесте на определение пропорции активности левого и правого полушария перед глазами зрителя появляется «компьютерный» женский силуэт в движении, который может крутиться либо по часовой, либо против часовой стрелки. Это иллюзорное впечатление, которого создавшие его учёные и компьютерщики специально добивались. Но, в зависимости от того, как для наблюдателя движется крутящийся силуэт, можно сказать, какое из полушарий у человека доминирует в текущий момент: по стрелке - левое полушарие, против хода часовой стрелки - правое.
В тестах, поверяющих полушария мозга на работоспособность, чаще есть и другие «испытания», но все они преследуют цель установить:
- Модель сознания, где за логическое, последовательное, символическое отвечает левое полушарие, а за интуитивное, хаотическое, конкретное - правое.
- Тип целеполагания.
- Вид деятельности (Здесь ориентацией во времени, двигательной активностью и чувством тела «занимается» левая половина мозга, а пространственной ориентацией и контролем за движением предметов - правая).
- Характер интеллекта - вербальный теоретический с управлением левой половиной и невербальный практический с управлением правой.
- Модель памяти - на цифры и формулы для левого полушария и на наглядные образы эмоциональной природы - для правого.
- Вид обработки информации - медленная понятийная или быстрая образная.
В работе полушарий мозга всегда наблюдается функциональное разделение обязанностей, но задача тренировок - привести в гармонию работу полушарий головного мозга, объединив их возможности.
Проверка работы мозга: тест на интеллект
Некоторые «продвинутые» начальники при приёме на работу используют IQ-тест, пытаясь определить интеллектуальные способности будущего сотрудника. Это удобно и понятно, потому что этот критерий считается устоявшимся и иллюстративным. Однако на самом деле проверка на IQ демонстрирует только один тип интеллектуальных возможностей человека, не давая соискателю продемонстрировать и десятой части всего спектра своих способностей. Отсюда вывод: начальнику целесообразнее провести с потенциальным работников узкоспециальный тест, относящийся непосредственно к предстоящей работе - проверку на:
- логическое мышление,
- пространственную память,
- внимание и концентрацию,
- скорость принятия решения и др.
Однако вера в непогрешимость IQ-теста не единственное заблуждение, бытующее в массовой культуре. К таким же убеждениям относятся представление о том, что интеллектуальные способности на 100 процентов зависят от количества т. н. «серого вещества» (хотя, что такое серое вещество знают далеко не все). Или то, что существует особая женская логика, а мужчины умнее женщин.
Поправка на мужской и женский ум иногда правомерна. Девочки, например, с первых минут после рождения более чувствительны к прикосновениям, а женщины лучше мужчин улавливают эмоциональные оттенки в речи и вообще более восприимчивы к словам. Однако из сказанного не следует, что мужская логика существует отдельно от женской, и мужской ум более совершенен, чем женский.
Вот одна из многочисленных иллюстраций. В апреле 2015 года была «поднята» статистика наиболее эффективных программистов на базе 4 млн. анкет. Выяснилось, что заказчики больше довольны работой, выполненной женщинами, однако только до тех пор, пока не узнают о половой принадлежности автора. После этого - в одном случае из семи, у заказчиков включаются гендерные предубеждения.
Исследование работы мозга продолжаются непрерывно. По книге Дика Свааба «Мы - это наш мозг. От матки до Альцгеймера», книге Криса Фрита «Мозг и душа», книге Тео Компернолле «Мозг освобожденный», книге Дэвида Рока «Мозг. Инструкция по применению» и многим другим изданиям можно следить за новыми открытиями в этой теме и сопоставлять популярные теории.
Шошина Вера Николаевна
Терапевт, образование: Северный медицинский университет. Стаж работы 10 лет.
Написано статей
О том, как работает важнейший орган человеческого тела, головной мозг, существует множество легенд и псевдонаучных теорий. Самое частое утверждение гласит: по проведенным исследованиям он тратит не более десяти процентов потенциала. Правда ли это? На сколько процентов работает человеческий мозг на самом деле?
Как работает мозг человека
Мозг - наиболее сложный орган у всех живых существ. Каждое мгновенье ему нужно обработать огромное количество информации, передать сигналы другим системам организма. Ученым до настоящего времени не удалось полностью изучить его структуру и функциональные особенности. У человека орган отвечает за такие процессы, как: , сознание, речевые функции, координация, эмоции, рефлекторные функции.
Центральная нервная система нормального человека состоит из спинного и головного мозга. В состав этих органов входят 2 разновидности клеток: нейроны (носители информации) и глиоциты (клетки, выступающие в качестве каркаса).
Все тело человека пронизано сетью нервов, являющихся продолжением ЦНС. Через нейроны информация от мозга расходится по всему организму и поступает обратно для обработки. Все нервные клетки создают с ним единую информационную сеть.
Миф об использовании 10% мозга
Нет достоверных данных, откуда появилась теория «Десяти процентов», предположительно все произошло так:
- На стыке 19 и 20 веков двое исследователей Сидис и Джеймс изучали способности детей, проверяя теорию ускоренного развития человека, и пришли к выводу, что человеческий мозг имеет огромный потенциал, который не используется полностью. Позже Томас, другой знаменитый ученый, при написании предисловия к труду Карнеги, вспомнил эту теорию и предположил, что мозг человека на самом деле работает только на десять процентов своего потенциала.
- Группа научных работников, проводя исследования по нейробиологии, изучая и кору его полушарий, вывели заключение, что в каждую секунду он задействован на десять процентов. Позже на вопрос, сколько же процентов мозга работает у человека, в книгах и телевизионных передачах начали приводить усеченный ответ.
Так расхожий миф превратился в реальность. Легенда о том, что среднестатистический человек использует только десятую часть своего потенциала, приобрела большую популярность. Она постоянно муссируется в художественной литературе и кино, на ее основе создано множество книг и фильмов.
Нечистоплотные психотерапевты и различного рода экстрасенсы хорошо наживаются на существующем мифе, предлагая программы тренингов, проводя дорогостоящие курсы, где человеку:
- обещают тренировать мозг до достижения стопроцентного раскрытия потенциала;
- гарантируют, что каждый умный ребенок станет гением, при использовании предложенных методик;
- предлагают найти и раскрыть скрытые паранормальные способности, якобы дремлющие в каждом человеке.
Что на самом деле
А как же в действительности, насколько работает мозг и как проверить, применяет ли человек свой потенциал полностью?
Аргументация, свидетельствующая о полном использовании мозга:
- Не стоит опираться на умозаключения ученых, сделанные в конце девятнадцатого века. В те времена просто не существовало технической возможности для подсчета в процентном соотношении количества нейронов, задействованных в работе.
- Многолетние эксперименты, тесты и исследования показали, что при выполнении простого действия (общение, чтение и другое) активизируются все участки органа. Следовательно, он работает не на 10, а на 100 процентов.
- Тяжелая часто приводит к серьезным нарушениям в работе организма, потере многих функций. При использовании десятой части деятельности мозга человек не заметил бы разницы, орган мог бы компенсировать травму и задействовать остальной потенциал.
- Природа экономна, ведь на мозговые процессы, протекающие в организме человека, затрачивается около двадцати процентов энергии. Вряд ли на орган, который используется частично, тратилось бы столько энергии.
- Величина мозга также свидетельствует о том, что он использует куда больший процент вещества. Все органы человеческого тела прямо пропорциональны функциям. Мозг, который использует только десятую часть потенциала, весил бы столько же, сколько он весит у овечки.
- Ускорение мыслительных процессов в мозгу происходит в том случае, если применяются правильные методики обучения и упорный труд, а не произошла активация неработающих участков с помощью дорогостоящих курсов.
Мистические способности
Человек в критической ситуации может почувствовать в себе просто мистические способности для решения проблемы. Известны случаи, когда люди в момент опасности поднимали огромные тяжести, принимали нужные решения за краткие доли секунды, увеличивали скорость восприятия информации.
Что же происходит в таких случаях: мобилизация организма и выброс в кровь адреналина или пробуждение остальной части органа? Достоверно известно, что, пережив экстремальную ситуацию, человек чувствует сильнейшую усталость, ведь организм затратил большое количество энергии на действия. Следовательно, дело не в мистических способностях, которые дремлют в мозгу, а в мобилизации органа для решения важной задачи.
Правда ли, что мозг задействуется нами только на 10%?
Существует мнение, что человеческий мозг задействуется нами только на 10%. Вероятно, именно поэтому человек не может придумать, как его развить на 100%. Вопрос: почему тогда так устроен мозг и как всё таки можно заставить его работать на все сто?
Миф о работе мозга
Это неправда! Утверждение о том, что человеческий мозг работает на 10% (5%, 3%), — это старый, абсолютно неверный и совершенно неубиваемый миф. Разберемся, откуда он взялся. В середине прошлого века было совершенно непонятно, как мыслит человек (сейчас это тоже непонятно, но уже на другом уровне). Но кое-что было известно — например, что мозг состоит из нейронов и что нейроны могут генерировать электрические сигналы .
Некоторые ученые тогда считали, что если нейрон генерирует импульс, то он работает, а если не генерирует — значит, «ленится». И вот кому-то пришла в голову мысль проверить: какое количество нейронов в целом мозге «трудится», а какое — «бьет баклуши»? Нейронов в мозге несколько миллиардов, и было бы чистым безумием измерять активность каждого из них — это заняло бы много лет. Поэтому вместо того, чтобы изучать все нейроны подряд, ученые исследовали только небольшую часть, определили среди них процент активных и предположили, что по всему мозгу этот процент одинаков (такое предположение называется экстраполяцией).
И оказалось, что «работает», то есть генерирует импульсы, только неприлично малый процент нейронов, а остальные — «молчат». Из этого был сделан немного прямолинейный вывод: молчащие нейроны — бездельники, а мозг работает только на малую часть своих возможностей. Вывод этот был абсолютно неправильный, но поскольку в то время было принято «исправлять природу», например, поворачивать реки вспять, орошать пустыни и осушать моря, то идея о том, что и работу мозга тоже можно улучшить, прижилась и начала свое победное шествие по газетным страницам и журнальным разворотам. Даже и сейчас что-то подобное иногда встречается в желтой прессе.
Как примерно работает мозг
Как же всё обстоит на самом деле. Мозг человека — структура сложная, многоуровневая, высокоорганизованная. То, что написано ниже, — очень упрощенная картинка.
В мозге есть множество областей. Некоторые из них называются сенсорными — туда поступает информация о том, что мы ощущаем (ну, скажем, прикосновение к ладони). Другие области — моторные, они управляют нашими движениями. Третьи — когнитивные, именно благодаря им мы можем мыслить. Четвертые отвечают за наши эмоции. И так далее.
Почему же в мозге не включаются одновременно все нейроны? Да очень просто. Когда мы не ходим, то неактивны нейроны, запускающие процесс ходьбы. Когда молчим, «молчат» нейроны, управляющие речью. Когда ничего не слышим, не возбуждаются нейроны, отвечающие за слух. Когда не испытываем страх, не работают «нейроны страха». Иными словами, если нейроны в данный момент не нужны — они неактивны. И это прекрасно. Потому что если бы это было не так... Представим на секунду, что мы можем возбудить одновременно ВСЕ наши нейроны (больше секунды такого издевательства наш организм просто не вынесет).
Мы сразу начнем страдать от галлюцинаций, потому что сенсорные нейроны заставят нас
испытывать абсолютно все возможные ощущения. Одновременно моторные нейроны запустят все движения, на которые мы только способны. А когнитивные нейроны... Мышление — настолько сложная штука, что вряд ли на этой планете найдется хоть один человек, который сможет сказать, что случится, если одновременно возбудить все когнитивные нейроны. Но предположим для простоты, что тогда мы начнем думать одновременно все возможные мысли. И еще мы будем испытывать все возможные эмоции. И многое еще произойдет, о чём я не буду писать, потому что здесь просто не хватит места.
Посмотрим теперь со стороны на это существо, страдающее от галлюцинаций, дергающееся от конвульсий, одновременно чувствующее радость, ужас и ярость. Не очень-то оно похоже на создание, улучшившее свой мозг до стопроцентной эффективности! Наоборот. Лишняя активность мозгу не на пользу, а только во вред. Когда мы едим, нам не нужно бегать, когда сидим у компьютера — не нужно петь, а если во время решения задачи по математике думать не только о ней, но и о птичках за окном, то вряд ли эта задача решится. Для того чтобы мыслить, мало ДУМАТЬ о чём-то, надо еще НЕ ДУМАТЬ обо всём остальном. Важно не только возбуждение «нужных» нейронов, но и торможение «ненужных». Необходим баланс между возбуждением и торможением. И нарушение этого баланса может привести к очень печальным последствиям.
Например, тяжелая болезнь эпилепсия, при которой человек страдает от судорожных припадков, возникает тогда, когда возбуждение в мозге «перевешивает» торможение. Из-за этого во время припадка активизируются даже те нейроны, которые в эту секунду должны молчать; они передают возбуждение на следующие нейроны, те — на следующие, и по мозгу идет сплошная волна возбуждения. Когда эта волна доходит до моторных нейронов, они посылают сигналы к мышцам, те сокращаются, и у человека начинаются судороги. Что больной при этом ощущает, сказать невозможно, поскольку на время припадка у человека пропадает память.
Как всё-таки заставить мозг работать эффективнее
Надеюсь, вы уже поняли, что пытаться заставить мозг работать лучше, возбуждая все нейроны подряд, — дело бесперспективное, да еще и опасное. Тем не менее можно «натренировать» мозг, чтобы он работал эффективнее.
Начать придется издалека. Когда рождается маленький ребенок, количество нейронов в его мозге даже больше, чем у взрослого. Но связей между этими нейронами еще почти нет, и поэтому новорожденный человечек еще не в состоянии правильно использовать свой мозг — например, он практически не умеет ни видеть, ни слышать. Нейроны его сетчатки, даже если они чувствуют свет, не образовали еще связей с другими нейронами, чтобы передать информацию дальше, в кору больших полушарий. То есть глаз видит свет, но мозг не в состоянии понять это. Постепенно необходимые связи образуются, и в конце концов ребенок учится различать вначале просто свет, потом — силуэты простых предметов, цвета и так далее. Чем больше разнообразных вещей ребенок видит, тем больше связей образуют его зрительные пути и тем лучше работает та часть его мозга, которая связана со зрением. Но самое удивительное не это, а то, что такие связи могут образовываться почти исключительно в детстве. И поэтому если ребенок по какой-то причине не может ничего видеть в раннем возрасте (скажем, у него врожденная катаракта ), то необходимые нейронные связи в его мозге уже никогда не образуются, и человек не научится видеть. Даже если во взрослом возрасте у этого человека прооперировать катаракту, он всё равно останется слепым. Проводились довольно жестокие опыты на котятах, которым в новорожденном состоянии зашивали глаза. Котята вырастали, так ни разу ничего и не увидев; после этого им уже во взрослом возрасте снимали швы. Глаза у них были здоровые, глаза видели свет — но животные оставались слепыми. Не научившись видеть в детстве, они уже не способны были сделать это во взрослом возрасте. То есть существует какой-то критический период, в который образуются нейронные связи, необходимые для развития зрения, и если мозг не научится видеть в этот период, он уже не научится этому никогда. То же относится и к слуху, и, в меньшей степени, к другим человеческим способностям и умениям — обонянию, осязанию и вкусу, способности говорить и читать, играть на музыкальных инструментах, ориентироваться в природе и так далее. Яркий тому пример — «дети Маугли», которые потерялись в раннем детстве и были воспитаны дикими животными. Во взрослом возрасте они так и не могут освоить человеческую речь, поскольку не тренировали у себя в детстве это умение. Зато они способны ориентироваться в лесу так, как не сможет ни один человек, выросший в цивилизованных условиях.
И еще. Никогда не знаешь, в какой момент «выстрелит» какое-то умение, приобретенное в детстве. Например, человеку, который в детстве активно тренировал мелкую моторику рук, занимаясь рисованием, лепкой, рукоделием, будет легче стать хирургом, проводящим филигранные, точные операции, в которых нельзя допустить ни одного неправильного движения. Иными словами, если что и может заставить мозг работать лучше, то это — тренировка, причем тренировка с самого детства. Чем больше мозг работает, тем лучше он работает, и наоборот — чем меньше его нагружать, тем хуже он будет функционировать. И чем мозг младше, тем он более «гибкий» и восприимчивый. Именно поэтому в школах учат маленьких детей, а не взрослых дяденек и тетенек. Именно поэтому дети гораздо быстрее взрослых умеют приспосабливаться к новым ситуациям (например, осваивают компьютерную грамоту или учат иностранные языки). Именно поэтому тренировать свой интеллект надо с самого детства. И если вы будете это делать, то ничто не помешает вам сделать великие открытия. Например, о том, как работает мозг.
