Удивительным представляется и явление так называемого «энергетического бюджета», эффективности мозга: при малых габаритах он перерабатывает огромное количество энергии. Составляя всего 2 % от общего веса тела, он потребляет 20 % энергии, даже если мы просто валяемся на диване. А уж, если мы читаем статью и пытаемся вникнуть в ее смысл, мозг «поедает» уже все 25 %. «Мозг требует непропорционально высоких затрат энергии», – объясняет Э. Мозер, руководитель отдела физики при Центре медицинской физики и биомедицины г. Вены. – Он включается не только в случае необходимости, а находится в состоянии постоянной готовности и не отдыхает никогда».

Уже в XIX веке итальянец А. Мокко (А. Моссо) продемонстрировал потребность мозга в «горючем»: он уложил человека на своеобразные весы, на одном конце которых находилась голова, на другом – ноги, и привел их в баланс. После того, как Мокко попросил испытуемого решить математическую задачу, часть весов, на которых находилась голова, опустилась вниз: с целью обеспечения мыслительного процесса организм «накачал» в мозг больше крови и кислорода.

Несмотря на то, что по отношению ко всему организму потребление энергии мозгом весьма значительно, эффективность его работы невероятно высока: он легко обходится 20–30 ваттами, соответствующими мощности одной слабенькой лампочки. Конструкторы компьютеров могут ему позавидовать: самый высокомощный вычислительный прибор, легко «пожирая» 100 киловатт в день, даже отдаленно не способен выполнять комплексную работу нейронов. «Чтобы обеспечить мозг энергией достаточно лишь кусочка виноградного сахара», – объясняет Сандкюлер. – Один лишь этот факт показывает, насколько биология сложнее, мощнее и эффективнее любой техники».

Совершенство мозга можно подтвердить простым примером узнавания всем известного в обиходе стула. Абсолютно абстрактный объект, у которого нет даже ножек, мы можем мгновенно определить как приспособление для сидения. Очевидно, что вместо того, чтобы каждый раз снова учиться определять назначение предмета, мозг комбинирует накопленную информацию с новыми впечатлениями, визуальные данные с функциональными – и все это в доли секунды! Как нам удается среди тысяч лиц узнать лицо друга или увидеть в, казалось бы, бесформенных каракулях карикатуры ту или иную личность?

Одна из теорий утверждает, что здесь играют роль эволюционно унаследованные навыки: мозг молниеносно дополняет и восполняет оптические раздражения, с тем чтобы обеспечить организму правильную реакцию на изменившиеся обстоятельства. Нашим предкам эта способность помогала сохранить жизнь: при виде показавшейся из кустов львиной гривы гораздо практичнее было немедленно обратиться в бегство, не ожидая, пока хищник покажется целиком.

Для возникновения осознанного переживания, осмысления происходящего или прошлого, как удалось установить, ответственен не мозг целиком и не определенные его области, а изменяемые группы нейронов – так называемые «таламокортикальные системы». Они распределены по обширным областям мозга, взаимодействуют друг с другом и обнаруживают при этом постоянно меняющуюся, высокодифференцированную активность при реализации различных ее образцов, связывая их в то же время в одну общую систему.

НАШ МОЗГ МОЛНИЕНОСНО ДОПОЛНЯЕТ И ВОСПОЛНЯЕТ ОПТИЧЕСКИЕ РАЗДРАЖЕНИЯ, С ТЕМ ЧТОБЫ ОБЕСПЕЧИТЬ ОРГАНИЗМУ ПРАВИЛЬНУЮ РЕАКЦИЮ НА ИЗМЕНИВШИЕСЯ ОБСТОЯТЕЛЬСТВА. И ДАЖЕ ЕСЛИ В МОЗГ НЕ ПОСТУПАЕТ ИМПУЛЬС, ОН ВСЕ РАВНО ПОЛУЧАЕТ ИНФОРМАЦИЮ – НАПРИМЕР, О НАЛИЧИИ ТЕМНОТЫ ИЛИ ТИШИНЫ.

В мозге человека происходит интенсивный коммуникационный процесс. Миллиарды нервных клеток постоянно обмениваются там информацией. Так, мы знаем, что нервные импульсы поступают в мозг по 2,5 миллионам нервных волокон, а 1,5 миллиона других участвуют в выводе переработанной мозгом информации. В секунду каждое такое нервное волокно может передавать в мозг до 300 импульсов. И даже если в мозг не поступает импульс, мозг все равно получает информацию – о наличии, например, тишины или темноты.

Если обозначить импульсы единицей, а их отсутствие нулем, то мощность мозга будет равна 2 500 000 х 300 bits в секунду, что соответствует, с учетом разного рода потерь, почти 100 МВ.

Задача мозга состоит в том, чтобы этот поток входящей мощности перевести в поток исходящий, мощностью до 60 МВ в секунду. Этот сигнал поступает к мускулам, железам, органам, выполняющим важные функции жизнедеятельности. И это происходит почти мгновенно.

Нейропсихолог из Лейпцига А. Фридеричи с целью установления быстроты реакции структур мозга на звук, на примере восприятия голосовых команд, различает три определяющие фазы процесса восприятия и понимания речи. В первые 200 милисекунд мозг анализирует грамматическую структуру предложения. Для этого ему не требуется много времени, так как подобная, тысячи раз повторенная информация, сохранена в Hardware мозга. Скорость определения внутреннего лексикона намного медленнее – только во второй фазе, длящейся еще 200–400 милисекунд, мозг анализирует значение слов. В третьей фазе – в следующие 600 милисекунд – мозг соотносит построение предложения и значение слов между собой. Если система обнаруживает ошибку, весь процесс повторяется сначала.

Разобраться в реакциях мозга на внешнее раздражение помогает типичный эксперимент, когда, например, животному через органы чувств передается возбуждение и замеряется ответ соответствующих нейронов. Однако нервные клетки активны уже изначально, даже без внешних раздражений, в том числе, и во сне. Такой непрерывный поток внутренних сигналов постоянно меняет состояние мозга. Поэтому входящие сигналы попадают не на стабильную, а на непрерывно меняющую свое состояние как во времени, так и по характеристикам, систему. Такие состояния, как настороженность, внимательность и даже жизненный опыт, модифицируют поведение нервных клеток. Следовательно, ответным поведением на уже известный сигнал может быть подобное или же совсем иное. Для того чтобы максимально уменьшить влияние этих факторов, ученые концентрируются на тех участках мозга, активность которых во время проведения опытов непосредственно реагирует на раздражение, и обставляют эксперимент таким образом, чтобы нервная система была как можно менее подвержена изменениям, максимально изолируя её от накладывающихся помех.

Разговор мозга с самим собой

При прохождении сигнала-раздражения вдоль нервных клеточных соединений возникает электрический сигнал, несущий так называемый «потенциал активности» – стереотипный импульс напряжения под названием «Spike», что представляет собой своеобразный нейронный код. Сложность его разгадки и понимания заключается в том, что физические свойства потенциала активности не позволяют раскрыть природу раздражений, которые они вызывают.

Мы очень мало задумываемся об основах познавательных и воспринимающих процессов мозга, которые привносят в наше ощущение мира, например, пение птиц или запах цветов. Соприкосновение, звуковые волны, электромагнитные колебания, молекулы душистых или ароматизированных субстанций поступают к нам через органы чувств и распространяются по всему телу, переходя в нервные сигналы, несущие различные потенциалы электрической активности. Процесс превращения поступающей через рецепторы информации в нервные сигналы ученые называют кодированием. Этот поток сигналов спрессовывается в мозге таким образом, что электромагнитные волны в нашем восприятии превращаются, например, в голубой