МОЗГ ИЗ МУРАВЬЁВ

Нет, наверное, ничего более тривиального, чем рассказывать о работе мозга, используя метафору муравейника. Но что поделать — это и впрямь самая удачная метафора. 

Где ещё вы отыщете такой сложный организм (читай – муравейник), состоящий из такого количества самостоятельных, отдельных клеток (читай — муравьёв)? Справедливости ради, правильно было бы сравнивать муравья не с нейроном, а с группой нейронов, в конце концов, так они в нас и организованы.  

И в самом деле, интеллект даже самого выдающегося муравья не может быть примечательным. Хотя бы потому, что его нервная система состоит всего лишь из полумиллиона нейронов. По сравнению с нашими миллиардами — просто смешно!

Однако то, на что способы муравьи, действуя сообща, действительно потрясает. 

Прежде всего — это, конечно, их жилища, которые имеют сложнейшую архитектуру. Но при этом, ни у одного муравья в голове нет ни общего замысла сооружения, ни представления о своей роли в команде строителей. Они как-то сами собой понимают, что им делать и как. 

Муравьи успешно занимаются «животноводством» — разводят тлей. И это не метафора: они свою тлю защищают от вредителей и других насекомых, переносят её на подходящие участки, строят для тли навесы, защищающие её от солнца, на зиму прячут тлей-самок в муравейник. 

И всё это ради медвяной пади, богатой углеводами, которую выделяет тля во время «дойки». 

Ещё они умеют делать «заготовки на зиму»: собирают и хранят в сухих хранилищах семена трав, а если случается потоп по время дождя — выносят их на свежий воздух, сушат и забирают обратно. 

Перед едой они измельчают семена в муку, а смешанная со слюной муравьев-кормильцев, она используется для питания личинок. 

Об этих чудесах сложного муравьиного поведения можно говорить ещё долго. Но вот, наверное, последний пример, который лично меня почему-то трогает до глубины души. 

С наступлением весны очухавшиеся от спячки муравьи вылезают на солнце, нагреваются под его лучами, а затем забираются внутрь муравейника и согревают его своими телами.

Как это трогательно, с одной стороны, и какая, с другой стороны, читается в этом невероятная интеллектуальная мощь природы! 

Целенаправленная, системная, невероятно организованная работа миллионов маленьких существ, при том, что абсолютно очевидно, что каждое из них — лишь бессмысленный винтик этой огромной машины. 

И невольно задаёшься вопросом — как же она может ехать без водителя? Где руководитель? Где тот, кто думает за всех этих малышей?!  

Жизненный путь муравейника

Не менее поразителен, впрочем, и жизненный путь муравейника...

Он начинается с того, что в каком-то другом муравейнике из яиц вылупляются самки и самцы, готовые к продолжению рода. Они имеют крылья и разлетаются в разные стороны для спаривания. 

После оплодотворения самцы-папы умирают, а самки, получившие за раз сперматозоиды на 20 лет непрерывного деторождения, отыскивают место для новой колонии.

Найдя его, самка отгрызает себе крылья (на собственный прокорм) и начинает откладывать яйца. 

Для неё наступают голодные времена, но как только из личинок появятся первые муравьи, они тут же примутся ухаживать и за самкой, и за новыми личинками. 

Появившиеся на свет муравьи специализируются, распределяются, так сказать, по командам. Кто-то становится воином-захватчиком, кто-то строителем, кто-то санитаром, добытчиком, разведчиком, охранником, нянькой-сиделкой, пастухами или доильщиками, транспортировщиками, хранителями нектара…

Идут годы, пока, наконец, королева-мать не исчерпает свой ресурс деторождения, после чего и завершится история данного конкретного муравейника. Смерть.

Всё это, как ни трудно заметить, напоминает жизнь нашего с вами мозга. Он появляется из стволовой клетки, которая продолжает делиться, пока не будет сформировано необходимое мозгу количество нейронов.

Каждый из них, по сути, муравей — специализированный, выполняющий определённую функцию элемент целостной системы

Нейрон — сам по себе ничтожный и бессмысленный, — во взаимосвязи с другими нейронами создаёт невероятной сложности систему, не перестающую восхищать умы учёных.

Специализация нейронов

Все нейроны, как и все муравьи, внешне очень похожи друг на друга. Они обладают телом (сомой), от которого отходят отростки — аксон и множество дендритов, а те, в свою очередь, коммуницируют с другими нейронами через синапсы.

В общем и целом, процесс нервной передачи выглядит следующим образом: дендриты собирают информацию от других нейронов, в теле нейрона возникает некий ответ, который отправляется по аксону — другим нейронам (или мышцам и железам). 

Нейробиологи и анатомы выделяют множество подтипов нейронов — по месту их локализации, по специфической функции, по гистологическим особенностям, которые, конечно, тоже не случайны и говорят о специализации нейронов.

Уверен, что о многих таких «специальных» нейронах вы уже где-то слышали:

• зеркальные нейроны — клетки моторной коры, которые возбуждаются и при выполнении какого-то действия, и при наблюдении за тем, как аналогичное действие выполняет другое животное; 
• пирамидальные нейроны, которые и в самом деле похожи на пирамидки, из них самые большие — клетки Беца – находятся в V слое коры, откуда идут длинным аксоном прямо к спинному мозгу; 
• веретенообразные нейроны — крупные клетки, находящиеся в строго определённых зонах мозга и способствующих, судя по всему, быстрой передаче сигнала по мозгу больших размеров — поэтому они обнаруживаются у человека и гоминид, а также у горбатых китов, кашалотов, дельфинов, белух и слонов;
• зернистые или гранулярные нейроны — наоборот, клетки очень маленьких размеров (есть мозжечковые, а есть, например, в VI слое коры, где они отвечают за связь с таламусом); 
• клетки Пуркинье, которые находятся в мозжечке, и в отличии от других нейронов созревают достаточно долго, из-за чего маленькие дети выглядят, зачастую, такими неуклюжими;
• клетки ретикулярной формации, характеризующиеся спонтанной электрической активностью, выполняющие функцию внутренней динамо-машины нашего мозга. 

Список можно и продолжить, но для того, чтобы увидеть схожесть между специализацией клеток в мозге и муравьев в муравейнике этого вполне достаточно: нейроны разных групп так же выполняют в мозге разные функции, как и муравьи разных муравьиных каст в своём огромном семействе.

Это важно понимать, потому что, когда мы говорим о «машине мышления», нам придётся упрощать логику работы мозга до ограниченного числа принципов. 

В конце концов, каждый нейрон — это просто нейрон, как и каждый муравей в муравейнике — просто муравей, мало чем, по сути, отличающийся от других. 

Но не надо забывать, что в действительности мозг, как биологический объект, намного-намного сложнее, чем просто 87 миллиардов сцепленных друг с другом нервных клеток. 

 Химическая связь

Может быть самое в этом сопоставлении муравейника с мозгом трогательное и даже забавное — химическая связь, которая используется в коммуникации как между нейронами, так и между муравьями.  

В случае человеческого мозга химическими веществами, обеспечивающими контакт между клетками, являются нейромедиаторы: ГАМК, глутамат, глицин, норадреналин, ацетилхолин, дофамин, серотонин и десятки других. 

У каждого из них свои функции и свои, так скажем, психологические эффекты.

Муравьи общаются между собой с помощью специфических феромонов: какие-то служат для сородичей сигналом тревоги, другие — заставляют их чистить муравейник или побуждают к каким-то ещё действиям, причём самым разным — где-то собраться, подключиться к ухаживанию за «королевой» и её потомством и т.д.

Наблюдая за слаженными коллективными действиями муравьев, и правда трудно отделаться от мысли, что они умеют друг с другом разговаривать. 

Это и в самом деле происходит, причём, есть в этом какое-то удивительное сродство с «общением» наших нейронов друг с другом.

Рассмотрим хотя бы один пример. Обнаружив что-то съедобное, муравей-разведчик устремляется к дому, оставляя за собой химический след из выделений специальных желёз. 

Теперь ему не надо показывать собратьям дорогу к пище, они найдут её сами — по запаху с помощью своих антенн-усиков. 

Впрочем, выделяемое сигнальное вещество достаточно быстро улетучивается, чтобы следы не путались друг с другом, что важно. 

И вот первое математическое обстоятельство: количество выделяемого муравьем экстракта железы напрямую коррелирует с размером добычи (если она большая, то выделений больше, если нет — то меньше). 

Таким образом, количество муравьёв, привлечённых соответствующим запахом, тоже разнится: к большой добыче отправится большая команда, а к маленькой — только единицы. 

Прибавьте сюда ещё и привлечённых запахом муравьев: они будут оставлять химические следы, которые дадут знать другим муравьям — кончилось лакомство, или ещё можно успеть поучаствовать в охоте.

Однако в коммуникации важна не только химия, но и частота взаимодействия между муравьями. Согласитесь, трудно понять, как эти, бестолковые, в сущности, существа умудряются не растеряться в лесу… Учитывая соотношение масштабов, мы бы с вами мгновенно заблудились!  

Конечно, нейроны в нашем мозге взаимодействуют чуть иначе, но принципы очень похожи: 

• количество нейромедиаторов является для нейрона критерием активности, которую он произведёт, и кроме того, выделение большого количества соответствующих нейромедиаторов способствует вовлечению в решение данной задачи ещё большего количества нейронов; 
• синхронный ритм разрядов групп нейронов, создающий специфические ЭЭГ-волны (альфа, бета, тета, дельта, гамма), является эффективным инструмент коллективной работы нейронов, по сути — они таким образом подзаводят друг друга и настраиваются на одну волну функционирования. 

Но всё-таки самое главное в «муравьиной метафоре» мозга — это пример удивительной биологической самоорганизации системы, не имеющей единого центра управления. Системы, кажущейся, разумной, но без демиурга, которому бы этот разум принадлежал. Просто умная система...