В нескольких словах
Мозжечок играет важную роль в прогнозировании и адаптации, влияя на координацию движений, когнитивные функции и социальный интеллект у людей и других животных, таких как слоны и дельфины.
В 2018 году журнал Springer Nature опубликовал весьма любопытный клинический случай:
43-летняя женщина перенесла инсульт из-за аномального переплетения кровеносных сосудов в головном мозге. Чтобы спасти ее, врачи провели эмболизацию — процедуру, блокирующую дефектные сосуды для предотвращения дальнейших кровоизлияний. Но после вмешательства что-то изменилось. У женщины появились странные симптомы: она потеряла координацию, испытывала трудности с концентрацией внимания и подбором слов, вела себя неподобающе (например, смеялась на похоронах или рабочих совещаниях) и стала импульсивной, агрессивной и раздражительной. У нее даже начались галлюцинации, например, она видела фламинго, бегающих по ее дому. Ее муж уверял, что все это было для нее новым. До эмболизации она была успешным адвокатом, без психиатрических заболеваний в анамнезе. Благодаря известным случаям, таким как случай с Финеасом Гейджем (рабочий, выживший после того, как железный прут пронзил его лобную долю), мы знаем, что личность зависит от мозга. Но здесь было нечто интересное: повреждение было не в коре головного мозга, а в мозжечке.
Оказывается, эту «цветную капусту», спрятанную под затылочными долями, исторически недооценивали, поскольку считалось, что она контролирует только координацию движений. Однако появляется все больше доказательств, свидетельствующих о гораздо более широкой роли. В последние годы мы даже видели заголовки, представляющие мозжечок как новый трофей, делающий нас людьми, отнимая часть внимания у лобной доли. Но чтобы понять, почему мозжечок так важен, нам нужно вернуться к его истокам. Он возник из более примитивных структур, которые довольно остроумно называются «структурами, похожими на мозжечок» (cerebellum-like structures на английском языке). Эти структуры до сих пор существуют у некоторых примитивных рыб, таких как акулы, скаты и электрические рыбы.
Их функция является ключевой: они помогают различать внешние и внутренние сенсорные стимулы. Например, акулы охотятся, обнаруживая электрические поля своей добычи, но есть одна проблема: они сами также производят электрические поля, которые могут мешать этим сигналам. Согласно исследованию, опубликованному в Behavioral Neuroscience в 2019 году, структуры, похожие на мозжечок, решают эту дилемму с помощью блестящего механизма: адаптивного фильтра. Эта система использует копию внутренних двигательных команд для прогнозирования и подавления самогенерируемой сенсорной информации. То есть они отфильтровывают внутренний шум и оставляют только релевантную внешнюю информацию.
Мозжечок развился из дупликации этих структур, что позволило его прогностической способности распространиться на новые функции, такие как лучшая координация движений. Фактически, его развитие тесно связано с появлением челюстей и парных плавников у позвоночных, что говорит о том, что его эволюция была обусловлена потребностью в большем двигательном и сенсорном контроле. По мере того как позвоночные развивали более сложные нервные системы и продвигались в познании, их новые функции также получали помощь от мозжечка. Согласно обзору, опубликованному в Cerebellum в 2015 году, его роль заключается в обнаружении повторяющихся паттернов, создании «внутренних моделей», которые позволяют ему предсказывать будущее и предвидеть, что произойдет.
Например, когда мы слушаем знакомую песню, мы можем без усилий предвидеть следующие ноты или текст. Это происходит потому, что мозжечок идентифицировал последовательность и построил модель того, как она звучит. Если мелодия неожиданно меняется, он корректирует свой прогноз, не осознавая этого. Его важность также отражается в его анатомии. Хотя человеческий мозжечок составляет всего 10% объема мозга, в нем находится 80% его нейронов. На протяжении эволюции млекопитающих он рос пропорционально остальной части мозга, но у обезьян и особенно у людей его расширение было колоссальным. У нашего вида он на 31% больше, чем ожидалось. Любопытно, что большинство его проекций связаны с областями коры головного мозга, участвующими в когнитивных задачах. В статье, опубликованной в журнале Frontiers in Cellular Neuroscience в 2018 году, предполагается, что мозжечок был ключевым фактором в эволюции тех качеств, которые дали начало человеку, таких как использование инструментов, язык и культура.
Миллионы лет назад первые люди начали изготавливать каменные орудия, такие как топоры и ножи. Эта задача требовала точной двигательной координации и способности предсказывать, как камень сломается при ударе. Благодаря своей способности обнаруживать последовательности и предсказывать результаты, мозжечок позволил со временем усовершенствовать эту технику. Кроме того, другие недавние исследования подчеркивают его роль в социальном интеллекте, особенно на самых продвинутых стадиях теории разума. Представьте, что кто-то прячет игрушку в ящик, а затем выходит из комнаты. Пока его нет, вы перекладываете игрушку в другое место. Когда этот человек вернется, где он будет искать игрушку? Если вы ответите «в ящике», вы понимаете, что у этого человека есть «ложное убеждение». Этот тип рассуждений, имеющий решающее значение для социального взаимодействия, зависит от определенной области мозжечка, называемой Crus I и II.
Однако мы не единственные с необыкновенным мозжечком. У дельфинов эта структура также исключительно велика по отношению к общему размеру их мозга из-за их потребности в обработке сложной сенсорной информации, особенно слуховой. В частности, выделяется область, называемая парафлоккулус, которая у дельфинов огромна. Его функция заключается в интеграции звуковой информации и преобразовании ее в точные двигательные реакции, что является ключевым механизмом для эхолокации, который позволяет им «видеть» звук. Другим млекопитающим, выделяющимся своим большим мозжечком, является слон. У этих животных самый большой мозжечок по отношению к размеру их мозга среди всех изученных на данный момент млекопитающих. Он составляет около 18,6% массы их мозга, что почти вдвое больше, чем у людей, что позволяет предположить, что он играет решающую роль в их жизни.
Мы знаем, что мозжечок необходим для точного контроля моторики, и у слонов это приобретает особое значение из-за сложности их хобота. Этот универсальный и сверхчувствительный орган позволяет им питаться, пить, общаться и манипулировать предметами с поразительной точностью. Кроме того, слоны используют инфразвук для общения на больших расстояниях, и возможно, что их мозжечок также играет в этом ключевую роль. Если мозжечок сделал нас людьми, он также сделал слонами слонов и дельфинами дельфинов. И если мы сейчас можем поддерживать разговор, заниматься скульптурой и путешествовать в космос, то это потому, что много миллионов лет назад первые позвоночные научились предсказывать будущее.
