Человеческий мозг - Айзек Азимов

В последние годы исследователи обратили пристальное внимание на самые древние в эволюционном плане участки подкорковых структур старого обонятельного мозга. Эти структуры связаны с эмоциями и провоцирующими сильные эмоции стимулами - сексуальными и пищевыми. Этот участок, как представляется, координирует сенсорные данные с телесными потребностями, другими словами, с висцеральными потребностями. Участки висцерального мозга были названы Брока лимбической долей («лимб» по-латыни означает «граница»), так как этот участок окружает и отграничивает от остального мозга мозолистое тело. По этой причине висцеральный мозг иногда называют лимбической системой.

ГИПОТАЛАМУС

В области, расположенной под дном третьего желудочка, а значит, под таламусом, находится гипоталамус (по-гречески это означает «под таламусом»), который имеет в своем распоряжении иные инструменты управления телесными функциями. Среди прочих участков недавно был выявлен один, при стимуляции которого возникают очень приятные ощущения. Если в этот участок ввести стимулирующий электрод и научить крысу пользоваться им, то животное начинает стимулировать' центр удовольствия часами и сутками напролет, за исключением времени сна, половой активности и приема пищи. Очевидно, что все проявления жизни желательны постольку, поскольку они стимулируют центр удовольствия. При его непосредственной стимуляции все остальное становится несущественным и ненужным. (Правда, такую возможность формирования физической зависимости, которая отменит все прочие зависимости, не хочется даже обсуждать.)

Поскольку гипоталамус располагает набором нескольких механизмов автоматического контроля телесных функций, постольку его можно рассматривать как некую разновидность гормональной системы, которая регулирует те же функции, применяя антагонистически действующие гормоны (например, инсулин и глюкагон). Действительно, кроме отчетливой физической связи между гипоталамусом и гипофизом, между ними существует довольно смутно очерченная функциональная связь. Гипофиз непосредственно прилегает снизу к гипоталамической области, а его задняя доля образуется из гипоталамуса в процессе эмбрионального развития.

Неудивительно поэтому, что гипоталамус вовлечен в регуляцию обмена воды в организме. Я уже писал о том, как задняя доля гипофиза регулирует концентрацию воды в организме, изменяя реабсорбцию воды в канальцах почек. Представляется, однако, что можно сделать следующий шаг и перейти от гипофиза к гипоталамусу. Изменение концентрации воды в крови сначала стимулирует определенные центры в гипоталамусе, и именно он стимулирует активацию задней доли гипофиза. Если перерезать стебелек, который связывает гипоталамус и заднюю долю гипофиза, то неминуемо развивается несахариый диабет, хотя сама железа остается неповрежденной. Последние исследования позволяют предположить, что гипоталамус регулирует деятельность и передней доли гипофиза, например, стимулирует выработку АКТГ.

Гипоталамус также содержит группу клеток, которые действуют как весьма эффективный термостат. Естественно, мы осознаем изменения температуры окружающей среды и боремся с ними, меняя одежду, включая обогреватели или воздушные кондиционеры. Приблизительно также работает и гипоталамус, но он делает это более тонко и с помощью встроенных в организм механизмов.

Внутри гипоталамуса расположены соответствующие клетки, которые быстро реагируют на минимальные изменения температуры крови. Отопление организма осуществляется мелкими дрожательными движениями мышц с частотой от 7 до 13 раз в секунду. (Этот факт был выявлен и подтвержден в 1962 году.) Тепло, продуцируемое этой дрожью, возмещает его потери в холодную окружающую среду. Если окружающая температура продолжает падать, то дрожь усиливается и становится заметной, нас начинает бить озноб. Кондиционер организма представлен механизмом потоотделения, поскольку испарение воды требует затрат тепла, которое при этом отводится от тела. Гипоталамус, контролируя дрожь и потоотделение, поддерживает внутреннюю температуру тела в очень узком диапазоне (нормой считается 98,6-F), несмотря па колебания (конечно, в разумных пределах) температуры внешней среды.

Существуют такие условия, когда точка регуляции гипоталамического термостата смещается вверх. Чаще всего это происходит при высвобождении в кровь чужеродных белков или токсинов, которые выделяются вторгшимися в организм человека микробами. Даже небольшие количества этих токсинов могут повысить температуру тела на несколько градусов. Такое состояние называется лихорадкой. Для достижения более высокой, чем в норме, температуры организм, охваченный лихорадкой, использует все имеющиеся в его распоряжении средства. Прекращается потоотделение и усиливается мышечная дрожь, доходящая иногда до степени потрясающего озноба. Обычно такая реакция осуществляется в ответ на воздействие холода, поэтому больной, страдающий лихорадкой, может, стуча зубами, жаловаться па то, что ему холодно, что его знобит. Отсюда выражение - «лихорадка с ознобом». Когда вторжение микробов ликвидировано, необходимость в лихорадке отпадает, и термостат организма перестраивается па более низкую точку регуляции. Включаются механизмы снижения температуры, и прежде всего возрастает потоотделение. Такое внезапное усиление потоотделения называется кризисом, и при многих инфекционных заболеваниях является хорошим прогностическим признаком. Больной начинает выздоравливать.

Подъем температуры тела ускоряет распад белков организма в большей степени, чем любые другие реакции. Поскольку многие белки жизненно необходимы, то повышение температуры тела всего па десять градусов по Фаренгейту может стать смертельно опасным. (Такая высокая температура, прав да, губительно действует и на бактерии, поэтому в идеале хотелось бы поддержать такую температуру которая, убив бактерии, пощадила бы клетки больного.)

Организм менее чувствителен к более низким по сравнению с нормой температурам, то есть к гипотермин. Людей, попавших в снежные лавины, удавалось вернуть к жизни после сильного переохлаждения, когда температура их тела снижалась до 60 градусов по Фаренгейту. Снижение температуры уменьшает скорость протекания биохимических реакций в организме, то есть снижает скорость обмена веществ. При температуре 60 градусов по Фаренгейту скорость обмена веществ составляет только 15% от нормальной.

Факт, что многие теплокровные в обычных условиях животные, такие, как медведи и сони, реагируют на холод резким снижением уровня работы гипоталамического термостата. Все замедляется. Частота сердечных сокращений падает до нескольких ударов в минуту. Дыхание тоже становится редким и поверхностным. Жировых запасов оказывается достаточно, чтобы продержаться всю зиму. Человек лишен такой способности к зимней спячке, и если температура его тела снижается ниже 60 градусов по Фаренгейту, то наступает смерть из-за дезорганизации координированной работы сердечной мышцы. Тем не менее, бывают такие положения, когда гипотермия полезна, особенно когда проводятся операции на самом сердце. С помощью достаточного снижения скорости обмена веществ (но не слишком выраженного) деятельность сердца замедляется и с ним можно без вреда манипулировать в течение довольно длительных промежутков времени.

Температуру человеческого тела можно снизить грубыми методами, например положив находящегося в наркозе человека в ледяную воду или обернув одеялом, по которому циркулирует охлаждающий раствор. Более мягко можно сделать это, привлекая к снижению температуры сам гипоталамус. Для этого кровь извлекают из артерии, пропускают по системе охлаждающих трубок и возвращают в артерию. Если кровь брать из сонной артерии и туда же ее возвращать, то охлаждается непосредственно сам головной мозг. Гипоталамус замораживается и перестает действовать. После этого легче снизить температуру тела. Более того, головной мозг переносит более низкую температуру, чем остальные органы. Уменьшение уровня обмена веществ в мозгу резко снижает потребность его в кислороде. Именно потребности головного мозга в кислороде и питательных веществах ограничивают время операций, для проведения которых требуется на время выключить кровообращение. В этих условиях операции на сердце можно проводить в течение четырнадцати минут, не причиняя вреда организму.

Участок гипоталамуса, расположенный в его центре, регулирует аппетит, так же как термостат регулирует теплообмен с окружающей средой. По аналогии, этот контролирующий аппетит центр может быть назван аппестатом. Существование аппестат было открыто после того, как животные, которым удаляли определенную область гипоталамуса, начинали прожорливо есть и становились гротескно ожиревшими. Оказалось, что в то время как термостат воспринимает температуру протекающей через него крови, аппестат определяет уровень глюкозы протекающей через него крови. Когда по прошествии какого-то периода голодания уровень глюкозы в крови падает ниже некоторого ключевого уровня, включается, если можно так выразиться, аппетит, и человек начинает есть, если в его распоряжении есть еда. Когда уровень глюкозы восстанавливается, аппетит выключается. Средний человек может есть, будучи голодным, и не есть, не будучи голодным. Таким образом, можно поддерживать разумный вес и не думать о том, как это делается.