Глава 2. Мозг и еда. Пищевое поведение
Пищевые рефлексы
Как правило, когда физиологи говорят о потребностях, они подразумевают, что за каждой из потребностей стоит конкретная нервная структура. Это создает некую объективность ситуации, что и требуется от качественного естественно-научного исследования.
По классификации П. В. Симонова потребность в еде относится к витальным потребностям. Данная потребность связана с центрами голода, пищевого насыщения, гормонами, которые на них влияют. Попробуем разобраться, как мозг взаимодействует с пищей.
Пищевое поведение – одно из самых базовых. Понятно, что если вы не будете питаться, не будете вводить в организм пищу, во-первых, для получения энергии, во-вторых, для построения тела, то у вас очень быстро возникнут проблемы. Вначале появятся симптомы недостатка энергии: «У меня кончилась глюкоза, кончилась энергия». Потом появятся и другие нарушения.
Голод и желание поесть – это то, что сопровождает нас всю жизнь. Так же как в случае других биологических потребностей, удовлетворение пищевой потребности дает положительные эмоции, причем очень сильные.
Если данная потребность не удовлетворена, если поведение не привело к успеху, организм не получил пишу, соответственно, генерируются отрицательные эмоции. Те поведенческие программы, которые привели к неудаче, получают минус в рейтинге и далее по ходу жизни выбираются с меньшей вероятностью. Например, вы пошли в какое-то кафе, а там вам дали невкусное или некачественное блюдо. И все, больше вы в это место не пойдете или десять раз подумаете, стоит туда идти или нет.
Человечество за тысячелетия своего существования изобрело много интересного и важного, связанного с едой. Прежде всего это древнейшее искусство кулинарии. Если посчитать даже месячные расходы, то, скорее всего, получится, что на еду будет потрачено гораздо больше денег, чем на музеи, концерты, покупку книг. Это говорит об огромной значимости пищевых программ.
При рассмотрении каждого центра биологических потребностей очень важен врожденный компонент. В случае пищевых программ наблюдается интересная ситуация. Мы, с нашим сложным мозгом, на врожденном уровне обладаем минимальным количеством соответствующей информации. И наша нервная система прежде всего учится. Когда человек рождается, его мозг в отношении знаний о еде почти «пуст», он содержит незначительное количество врожденных пищевых программ. Конечно, человеческий детеныш умеет сосать мамину грудь, глотать, выделять слюну, но это почти ничто по сравнению с тем, что врожденно умеют, например, пчела или паук. Паук способен врожденно плести сеть, пчела – врожденно строить соты. В мозге у этих членистоногих примерно 100 000 нейронов. И тем не менее на этих не очень больших нейросетях (а у нас нейронов около 90 млрд) записаны врожденно заданные программы колоссальной сложности. Это говорит о том, что нейросеть обладает очень большой информационной емкостью.
Удовлетворение потребностей происходит за счет того или иного поведения.
Самый простой тип поведения – рефлексы (реакции на стимулы).
Стимул, как известно, вызывает реакцию.
В простейшем случае, для того чтобы удовлетворить пищевую потребность, нужно реализовать пищедобывательный рефлекс. Такие рефлексы запускаются вкусовыми, тактильными, обонятельными, зрительными стимулами.
В мозге разных животных и в человеческом мозге можно найти врожденно установленные рефлекторные дуги. Действительно, прикосновение к губам младенца вызывает сосательный рефлекс, а если что-нибудь горькое на язык ребенку капнуть, то он прекрасно плюется. То, что младенец отлично умеет, с одной стороны, сосать мамину грудь, а с другой стороны – плеваться (и еще орать при этом), показывает, что это важные врожденные программы поведения.
Если мы посмотрим на мир животных, то подобных рефлекторных дуг, когда от стимула возбуждение по цепочке нейронов доходит до движения, до реакции внутренних органов, обнаружим очень много. При этом важно, какую конкретно пищу ест существо того или иного биологического вида. Поэтому на входе в пищевые программы у растительноядных, насекомоядных, хищников находятся самые разные сенсорные системы. Вначале часто срабатывают так называемые дистантные сенсорные системы, которые издали идентифицируют потенциальную пищу. Животные видят, обоняют или слышат свою добычу.
Например, быть кузнечиком или быть лягушкой довольно рискованно. Если вы стрекочете или квакаете, тем самым выдаете свое месторасположение. На это у многих хищников срабатывают врожденные рефлекторные дуги: «Ага, еда сама о себе сообщает». Это все равно что рекламная кампания. Иди и ешь!
Когда хищник приближается к потенциальной добыче, у него начинают функционировать контактные сенсорные системы, вначале тактильная. Ему необходимо потрогать, что досталось, похоже ли это на настоящую еду. И в конечном итоге вкусовая. Вкусовая система – это последний контроль, контроль химического состава пищи, и, соответственно, окончательное решение – съедобная или несъедобная эта еда – происходит уже в ротовой полости.
Членистоногие, например бабочки, часто настроены на определенный вид пищи. Будучи гусеницей, бабочка запоминает вкус и запах того растения, которое ест. Когда гусеница становится бабочкой, она старается отложить яйца на такое же растение. Получается, что бабочка идентифицируют свою пищу по памяти и что уже у бабочек существует своеобразный аналог культурной передачи информации.
У рыб все тело покрыто вкусовыми рецепторами. У рыб-хищников рефлекс схватывания добычи очень ярко выражен. Например, щука реагирует на зрительный образ жертвы, прекрасно детектирует движение и рассчитывает траекторию броска. Щука кидается с полуметра на свою жертву, она подплывает, подплывает, а потом бросается. Она ест все, что шевелится в воде. Если поместить в одну банку щучку и несколько других рыбок, то через небольшой отрезок времени в банке останется только щучка. И часто хвост последней рыбки, не поместившейся в желудок, будет торчать у нее изо рта. Щучка ничего не может с собой поделать, потому что нападение и глотание – ее важнейшая врожденная программа.
У нас почти все вкусовые рецепторы собраны в ротовой полости (часть из них детектируется еще и по ходу желудочно-кишечного тракта). Человеческий детеныш врожденно очень мало что знает про свою еду. Визуально молоко не идентифицируется, но на вкус определяется как что-то сладковатое и белковое. У младенца работают тактильные рецепторы вокруг губ и вкусовая система. А дальше запускается сосательный рефлекс. Замечательные пухлые младенческие щеки – это на самом деле мышцы, которые нужны для того, чтобы высасывать молоко – прекрасный источник энергии и питательных веществ – из материнской груди. У младенцев этот рефлекс работает надежно и к всеобщей радости.
Рефлексы – очень интересная сфера, и, если идти по этапам эволюции (филогенезу), говорить о червях, моллюсках, членистоногих, разнообразных позвоночных, можно подобрать сотни примеров рефлекторного пищевого поведения.
Рефлексы являются самым «поверхностным» и легко наблюдаемым уровнем деятельности нервной системы.
Но более сложные проявления пищевого поведения, конечно, связаны с внутренним состоянием мозга. Уже в XVII веке величайший французский ученый и мыслитель Рене Декарт, который первым описал рефлекторный принцип работы мозга, отмечал, что поведение человека – это не одни рефлексы. Если копнуть чуть глубже, обнаруживается круг явлений, попадающих в сферу работы центров потребностей, активируемых эндогенно (изнутри организма).
Наличие запускающего внешнего стимула в такой ситуации оказывается даже не обязательным. Мы можем убрать сенсорное звено, оставить только вставочные нейроны (интернейроны), которые, собственно, и принимают решение о запуске разных реакций. Потребность возникает тогда, когда внутри мозга нарастает некое состояние, например чувство голода.
Одно дело – вы увидели конфету и тут же запихнули ее в рот (это рефлекс, причем возникший в ходе обучения). Другое дело, когда внутри организма происходит активация потребности, и кора больших полушарий начинает снизу, из гипоталамуса, получать сигналы типа: «Мне есть хочется, я голоден». В какой-то момент эта потребность завладевает поведением, и мы начинаем искать кусок хлеба насущного. Причем активация центра потребности зависит от гормонального фона и сигналов от внутренних органов. Часть процессов активации тоже вписывается в понятие рефлекторных дуг. Например, сигналы от пустого желудка можно воспринимать как подобного рода сенсорные стимулы, которые рефлекторно усиливают пищевое поведение. Запуск действия изнутри организма (сигналами от системы внутренней чувствительности) – очень характерный компонент работы центров многих потребностей.
Кратко охарактеризованная в первой главе классификация П. В. Симонова включает примерно два десятка разных потребностей. А наш мозг – это арена конкуренции поведенческих программ, соответствующих этим потребностям. В каждый момент времени они выясняют, какая из них главная. Если вы пошли на лекцию, то, наверное, любопытство у вас в тот момент являлось главным (по крайней мере, на это всегда надеется лектор), но в какой-то момент вам захочется есть, спать или в туалет, и тогда начнут проявлять себя другие потребности.
Конкуренция потребностей – дело обычное. Понятно, что пищевое поведение выигрывает конкуренцию, когда очень хочется есть. Но, когда уже все съедено, оказывается, что свобода тоже значима и что золотая клетка с массой вкусненького уже не радует…
Как уже упоминалось, центры разных потребностей в мозге каждого из нас установлены с разной яркостью. Это зависит от ДНК родителей, от различных пренатальных событий, эпигенетики, гормонов и т. д., и все это является основой нашей личности и проявлений темперамента.
Кто-то более свободолюбив, для кого-то очень важно быть лидером, кто-то более любопытен. В итоге возникает некое уникальное сочетание разных потребностей, уникальный сложный баланс двух десятков базовых программ, во многом являющийся основой нашей личности. От этого сочетания зависит не только темперамент, но и способность к обучению, адаптации к окружающей среде.
Центр пищевой потребности, центр голода
Где же находятся совокупности нейронов, отвечающие за биологические потребности? Ответ: «В древних структурах мозга» – не всегда справедлив. Известны ситуации, когда соответствующие нервные клетки обнаруживаются в эволюционно довольно новых зонах (например, нейросети, в состав которых входят зеркальные нейроны).
Но пищевая потребность действительно является очень древней функцией, поскольку еда всем и всегда абсолютно необходима. Без энергии и строительных материалов даже одноклеточные организмы существовать не могут. Уже в ганглиях червей мы находим что-то вроде центров голода. Эти центры как минимум усиливают двигательную активность. Например, червяку стало голодно, и он начинает более активно ползать по окрестностям в надежде встретить какой-нибудь источник калорий.
В нашем с вами мозге наиболее значимые нейросети, связанные с пищевой потребностью, находятся в гипоталамусе – нижней части промежуточного мозга, а точнее, в его средней части (серый бугор гипоталамуса) (рис. 2.1).
Второй значимой для пищевого поведения зоной является структура, которая называется миндалина, по-латыни amygdala. Эта парная структура относится к базальным ганглиям и находится в височных долях больших полушарий, в их глубине. Взаимодействие этих мозговых структур направляет многие потребности, в том числе пищевую.
В случае пищевого поведения, пищевой потребности первую скрипку играет гипоталамус, а миндалина играет роль контролирующего и подтормаживающего центра.
Рис. 2.1. Схема поперечного среза через головной мозг человека (вид снизу). Отмечены верхняя и нижняя части промежуточного мозга (таламус и гипоталамус), а также миндалина (относится к базальным ганглиям конечного мозга). Хорошо видна боковая борозда и находящаяся на ее дне островковая кора. Скопление серого вещества над миндалиной – двигательные области базальных ганглиев. На верхней схеме отмечен гиппокамп (также см. рис. 3.2 в главе 3)