Мозг очень требователен и в другом отношении. Работая, головной мозг использует много кислорода. Действительно, при физическом покое четверть всего кислорода, потребляемого организмом, потребляется головным мозгом, хотя его вес равен 1/50 части веса тела. Потребление кислорода заключается в окислении простого сахара (глюкозы), которая доставляется в мозг по кровеносным сосудам. Мозг очень чувствителен к нехватке как кислорода, так и глюкозы. Его повреждение наступает при нехватке этих веществ быстрее, чем повреждение какого-либо другого органа. (Мозг отказывает первым при смерти от удушья, и именно мозг отказывает первым, если ребенок после рождения долго не делает первый вдох.)
Поток крови через головной мозг контролируется организмом очень строго и не подвержен таким колебаниям, которые могут выдержать другие органы нашего тела. Более того, хотя существуют лекарства, с помощью которых можно расширить сосуды головного мозга, не существует таких лекарств, с помощью которых можно было бы их сузить, уменьшив тем самым снабжение мозга кровью. Опухоль мозга может разрушить гематоэнцефалический барьер. Правда, такое разрушение имеет и свою положительную сторону. Лекарство, меченное радиоактивным йодом, можно ввести в вену, и оно проникнет в мозг в месте роста опухоли, что поможет врачам точно определить место ее расположения, зарегистрировав очаг повышенной радиоактивности в ткани мозга.
Как только мы встали на ноги и приняли вертикальное положение, то же самое произошло и с нашей нервной системой. Тогда как у других животных спинной мозг расположен горизонтально, а головной мозг впереди, у нас спинной мозг идет в вертикальном направлении, а головной мозг располагается наверху, венчая все тело. В процессе развития нервной системы новые, и, как мы могли бы сказать, «высшие» функции (включая способность к рассуждению и абстрактному мышлению) добавились к передней части спинного мозга в результате цефализации. Так как у человека передний отдел мозга находится сверху, то, говоря о высших функциях, мы выражаемся одновременно буквально и фигурально.
Более того, у человека наивысший уровень нервной системы стал доминирующим не только согласно нашему о нем мнению, но и по реальной массе. Центральная нервная система среднестатистического человека весит 1480 г. Из этого веса на долю спинного мозга (то есть на долю низшего и самого примитивного уровня) приходится около 30 г, то есть около 2 %. Что же касается головного мозга, то в его массе превалирует масса конечного мозга, вес которого составляет 5/6 общего веса головного мозга.
Приступая к детальному описанию большого мозга, давайте начнем с того, что большой мозг продольной щелью делится на две половины, которые называются полушариями большого мозга. Поверхность полушарий покрыта слоем нейронов сероватого цвета, которые составляют серое вещество головного мозга. Этот слой серого вещества на поверхности полушарий мозга называется корой головного мозга. («Кора» в данном случае означает то же, что она означает в приложении к коре надпочечников.) Под корой располагаются нервные волокна, ведущие от тел клеток коры к другим частям головного мозга и к спинному мозгу. Есть также волокна, которые соединяют между собой разные участки коры. Жироподобные миелиновые оболочки этих волокон придают веществу мозга беловатый цвет, поэтому часть мозга, расположенная под его корой, называется белым веществом мозга.
Кора сложным образом свернута в складки, как я уже говорил в предыдущей главе. Линии, которые разделяют между собой складки, называются бороздами. Самые глубокие борозды называются щелями. Возвышения мозговой ткани между бороздами, которые выглядят как слегка уплощенные давлением крышки черепа цилиндры, называются извилинами. Борозды и извилины, создавая складчатость поверхности полушарий мозга, втрое увеличивают площадь серого вещества мозга. Количество серого вещества в глубине складок коры вдвое превышает его количество на уплощенной поверхности извилин.
Борозды и извилины — стандартные части мозга, и самые заметные из них, расположенные в одних и тех же местах у разных людей, имеют свои наименования.
Две самые постоянные борозды — это центральная и латеральная (то есть боковая) борозды, расположенные, естественно, в каждом полушарии большого мозга. (Полушария головного мозга по своему строению представляют собой зеркальные отражения друг друга.) Центральная борозда начинается на вершине мозга, непосредственно в его середине, и, немного изгибаясь, направляется вперед и вниз. Иногда эту борозду называют роландовой, по имени описавшего ее итальянского анатома XVIII века Луиджи Роландо. Латеральная борозда начинается у нижней поверхности полушария, отступя на одну треть расстояния от его переднего края, и направляется назад и немного вверх параллельно линии основания мозга. Закапчивается эта борозда, не дойдя полпути до заднего края большого мозга. Это самая заметная из всех борозд. Иногда ее называют сильвиевой бороздой по имени Сильвия (профессиональный псевдоним описавшего ее французского анатома XVII века).
Эти две борозды используют как удобные ориентиры для разграничения полушарий головного мозга на участки, называемые долями. Часть полушария большого мозга, ограниченная сзади центральной бороздой и точкой начала латеральной борозды, называется лобной долей. Позади центральной борозды и над латеральной бороздой расположена теменная доля. Сверху латеральная борозда ограничивает височную долю. В задней части большого мозга, в участке, где заканчивается латеральная борозда, расположена затылочная доля. Название каждой доли соответствует названиям костей свода черепа, каждая из которых прикрывает «свою» долю мозга.
Представляется вполне естественным, что разные участки коры головного мозга контролируют различные участки нашего организма и что, если тщательно исследовать мозг, то на его поверхность можно нанести карту участков тела, соответствующих определенным областям коры головного мозга. Ранние наблюдения такого рода были сделаны на рубеже XVIII и XIX веков венским врачом Францем Йозефом Галлем. Он полагал, что головной мозг специализирован до такой степени, что различные его участки контролируют даже различные таланты или характерологические особенности личности. Поэтому, если какая-либо часть головного мозга у какого-то человека развита необычно сильно, то заметными будут и соответствующие этой части таланты или особенности личности. Ученики и последователи Галля намного превзошли своего учителя. Они разработали теорию, согласно которой каждому избыточно разросшемуся участку головного мозга соответствует выбухание или шишка на черепе, которая освобождает место для увеличенного количества серого вещества коры большого мозга. Следовательно, по их воззрениям, путем тщательного исследования особенностей строения черепа можно многое сказать о характере и талантах носителя этого черепа. Так зародилась псевдонаука «френология», что по-гречески означает «наука о черепе».
Однако, несмотря на то что Галль и, в особенности, его ученики свернули с истинного пути, в их наблюдениях, тем не менее, присутствовало рациональное зерно. В 1861 году французский хирург Пьер Поль Брока при тщательном исследовании мозга умерших сумел показать, что у больных, страдавших неспособностью говорить и понимать речь (афазией), был поврежден определенный участок головного мозга. Эта область располагается в третьей левой лобной извилине, которая с тех пор называется областью Брока.
Вскоре после этого, в 1870 году, два немца, Густав Фрич и Эдуард Хитциг, начали серию исследований, в ходе которых стимулировали различные участки коры головного мозга собаки, регистрируя ответную мышечную активность, если она возникала. (При таком подходе было возможно также разрушать небольшие участки коры и наблюдать, возникают ли после этого параличи, и если да, то в каких группах мышц.) В результате этих опытов была составлена первая, пусть и не очень достоверная, «мышечная карта» коры головного мозга.