Нейромедиаторы изменяют состояние нейронов — главных клеток нервной системы. От других клеток нейроны отличаются наличием двух типов отростков по разные стороны тела клетки. Короткие отростки имеют широко разветвленную структуру и называются дендритами. Это та часть нервной клетки, которая принимает сигнал. С противоположной стороны от дендрита расположен одиночный длинный отросток аксон.

У человека длина некоторых аксонов может быть более метра. Например, аксоны, идущие к пальцам ноги, начинаются в нижней части спинного мозга и потом проходят вниз по всей конечности. Есть и еще один примечательный нерв с необычайно длинными аксонами. Самые длинные аксоны, входящие в блуждающий нерв, выходят из головного мозга, спускаются через шею, грудь и живот и заканчиваются глубоко в полости таза, на уровне анального отверстия. На всем протяжении блуждающего нерва более короткие аксоны сворачивают к различным внутренним органам, таким как сердце, легкие, желудок и кишечник. Анатомы назвали этот нерв латинским словом vagus, что значит «странник», «скиталец». В английском языке есть образованные от этого корня слова vagabond — «бродяга» и vagrant — «праздношатающийся», «блуждающий».

Дендрит, подобно чувствительному флюгеру, реагирует на происходящие вокруг него изменения, в частности, на сигналы, приходящие по аксонам других нервных клеток. Нейромедиаторы, попадающие непосредственно на дендрит на всем его протяжении, могут его активировать. Когда сигнал проходит от конца дендрита к телу клетки, производится оценка его интенсивности. Подобно тому, как единицы и нули включают и выключают материнскую плату компьютера, клетка оценивает, достаточно ли интенсивные воздействия поступают на все концы дендрита, и, если да, разряд передается дальше по аксону.

Если аксон активируется, в его основании запускается цепь химических реакций, в результате которых по аксону распространяется электрический ток. В отличие от тока, идущего по медной проволоке почти со скоростью света, движение нервного импульса больше похоже на волны, идущие по кишечнику, когда змея заглатывает мышь. По обычному аксону двигательного нерва сигнал проходит со скоростью 100 метров в секунду, тогда как скорость света составляет примерно 300 000 километров в секунду.

Многие годы нейробиологи думали, что нерв активизируется постепенно. Предполагалось, что под воздействием мощного стимула по нерву поступает сильный сигнал, а слабый стимул вызывает слабый сигнал. Позже мы узнали, что сигнал либо есть, либо нет. Нейрон работает по принципу «Все или ничего».

Несмотря на то что нервные окончания расположены близко друг к другу, аксон, передающий сигнал, обычно не соприкасается с принимающим дендритом. Между ними находится узкая щель, которая называется синапс. Именно здесь работают нейромедиаторы. Некоторые нейромедиаторы тормозят прохождение сигнала через синапс, другие, наоборот, облегчают или усиливают передачу, повышая вероятность того, что принимающий нейрон сгенерирует разряд, который пойдет дальше по его аксону. Хотя синапсы — это пустое пространство в нервной ткани, они играют решающую роль в работе нервной системы. В процессе поисков различных нейромедиаторов одним из самых удивительных открытий было то, что большая часть активных химических веществ не отличается по своему молекулярному строению от веществ, которые можно найти в растениях.

Серьезным шагом в изучении мозга стало открытие, что с помощью меченых радиоизотопов можно наблюдать его функционирование у человека в активном состоянии. После введения изотопа в кровь с помощью сканирующего устройства наблюдают, какие области головного мозга «светятся» во время выполнения задания. Сканирование мозга дает бесценную информацию об этом «черном ящике». Различные виды сканирования развиваются удивительно быстро, при этом каждый имеет свою специфику.

Новейший, самый волнующий прорыв в изучении мозга был осуществлен благодаря исследованиям генома. С тех пор как более полувека назад был открыт секрет генетического кода, темпы развития этой области экспоненциально ускоряются. Недавно ученые начали находить конкретные гены, отвечающие за особенности человеческого поведения. Обнаружилось, что ген FOXP2 связан с речью, что не только дает ученым радикально новый метод для понимания этой ключевой человеческой способности, но и позволяет заглянуть в прошлое. Зная, когда и у кого появился этот ген, ученые могут по-новому взглянуть на вопрос вековой давности о том, когда возникла человеческая речь. Эта область науки еще только зарождается, но выявление генов, отвечающих за различные виды умственных способностей, открывает новые горизонты для нейробиологии.

Появление компьютеров, а затем и Интернета оказало значительное влияние на человеческую культуру. Изменилась система представлений о том, как передается, интерпретируется, обрабатывается и хранится информация. В некотором роде и мозг, и компьютеры — это устройства для обработки информации, и интенсивное развитие компьютерных сетей стимулирует возникновение новых подходов, метафор и аналогий для размышления об устройстве сознания. Нейроны и провода, транзисторы и синапсы не слишком отличаются друг от друга. Благодаря интенсивным усилиям, направленным на разработку искусственного интеллекта, мы стали лучше понимать устройство нервных сетей, потому что по своей сути создание искусственного интеллекта есть не что иное, как попытка сделать искусственно то, что мозг уже давно умеет.

Благодаря всем этим открытиям мы сможем попытаться понять, как работал мозг Леонардо.

Стрекоза летает на четырех крыльях, и когда передние поднимаются, задние опускаются. Однако нужно, чтобы та и другая пара в отдельности была способна поддерживать всю тяжесть.

Леонардо да Винчи[50]

У книги не было цели рассказать о Леонардо как об изобретателе, но его исследования полета имеют непосредственное отношение к его творчеству, так как доказывают удивительную быстроту зрения.

Нет никаких сомнений, что у него, как и у некоторых знаменитых спортсменов, нервы, соединяющие глаз и мозг, устроены были необычным образом, поэтому он мог рисовать и описывать движение птицы так, как впоследствии это стало возможно увидеть только с помощью замедленного воспроизведения киносъемки…

Кеннет Кларк[51]

Легендарный игрок в бейсбол Тэд Уильямс, известный своей удивительной точностью попадания по мячу, часто говорил, что видит швы на брошенном бейсбольном мячике.