Волны высокой частоты действуют лишь на коротких дистанциях, а низкие частоты могут путешествовать гораздо дальше. Поэтому информация, закодированная в высоких частотах, «ездит» на волнах низких частот, которые шлют ее в отдаленные участки мозга. Поразительный пример восприятия сверхнизких частот: в Таиланде в 2004 году слоны и другие животные почуяли приближающееся цунами. За несколько часов до того, как люди услышали сверхнизкие вибрации огромной волны, слоны направились в горы и спаслись от разрушительной стихии. А все потому, что порог различения звуковых частот у слонов гораздо ниже, чем у человека. Эти низкочастотные звуковые волны распространяются на сотни километров.
Человеческие нейроны обычно колеблются с частотой от 0,5 до 100 Гц. Однако основные операции протекают на частоте от 1 до 40 Гц. Преобладающая частота называется «альфа», она равна примерно 10 Гц. В сетях мозга колебания узла, получающего информацию, должны быть хотя бы в частичной синхронии с узлом, который ее посылает.
Например, когда префронтальной коре нужно извлечь какие-то ассоциации из семантической памяти, она тут же синхронизирует свои колебания с височной долей, в которой хранятся значения слов. Как достигается эта синхронизация, пока остается загадкой.
Точные временные ритмы и пространственная протяженность этой синхронизации формируют так называемый «нейронный код». Это тайный язык мозга. Священный Грааль нейрофизиологии — расшифровать нейронный код, который использует электрические и химические сигналы в сложных комбинациях, позволяющих нам говорить, читать, думать, помнить, ходить, становиться писателями, делать детей и, разумеется, бездельничать.
Когда отдельные зоны мозга сотрудничают, допустим, при визите тети Лизы, они временно формируют «функциональные сети». Эти сети создаются исключительно под конкретные задачи, например, чтобы сохранить новые байки от любимой тетушки. Сети могут быть кратковременными и жить всего несколько сотен миллисекунд. Нерешенный вопрос нейрофизиологии — могут ли временные функциональные сети менять входящие в них структурные сети. Иными словами, если в Бозмен, штат Монтана станет прилетать слишком много самолетов, расширит ли город свой аэропорт, что может привести к дальнейшему увеличению воздушных перевозок?
Есть подтверждения высокой пластичности мозга музыкантов, которые, по сравнению с людьми, далекими от музыки, обладают гораздо более объемными нейронными структурами, отвечающими в моторной коре за пальцы рук. Но такие изменения происходят лишь спустя долгие годы тренировок. То же верно и для билингвов: в височных долях мозга у них есть дополнительные нервные структуры для языков. Лондонские таксисты могут похвастаться крупным гиппокампом, особенно теми областями, которые помогают ориентироваться и запоминать обстановку. Словно мозг решает расширить «аэропорты» в нужных зонах, чтобы соответствовать возросшим потребностям в «перевозках». Неизвестно, как быстро могут происходить такие структурные изменения в мозге. Но мы знаем, что мозг сохраняет пластичность на протяжении всей жизни. Так что поистине никогда не поздно научиться играть на музыкальном инструменте, выучить новый язык или кардинально поменять жизнь: ваш мозг изменится тоже.
Во взрослом возрасте перемены могут быть более болезненными, но они идут на пользу здоровью мозга. Также неизвестно, действительно ли лентяи обладают более объемными и активными сетями пассивного режима работы мозга. Это причина или следствие битья баклуш? Если десять тысяч часов практики необходимы для того, чтобы стать искусным скрипачом, сколько часов нужно лениться, чтобы стать виртуозным бездельником?
«Функциональной связностью» измеряют, насколько хорошо сообщаются узлы сети пассивного режима работы мозга. В ней выражается успешность работы сети и здоровье мозга в целом: как быстро и насколько безопасно «самолеты» летают между «аэропортами».
Когда вы отдыхаете, с помощью фМРТ можно увидеть, действуют ли узлы сети пассивного режима работы мозга сообща. Можно узнать, одновременно ли увеличивается или снижается приток насыщенной кислородом крови в эти области. Если вы обладаете здоровым мозгом и в данный момент отдыхаете, сеть пассивного режима работы мозга покажет высокую функциональную связность. С возрастом, если вы недосыпаете, страдаете болезнью Альцгеймера или перенесли инсульт, функциональная связность мозга будет снижена, возможно, из-за повреждений отдельных узлов.
Получается, что сверхпродуктивность и бессмысленная деловитость плохо сказываются и на сети пассивного режима работы мозга. До того как Маркус Райхл открыл эту сеть, нейроученые полагали, что важны лишь те функциональные и структурные сети, которые изучали они: те, что включались во время тщательно контролируемых экспериментов. Ведь большинство нейрофизиологов и психологов полагали, что главная задача мозга — перерабатывать внешнюю информацию.
До недавнего времени мы могли изучать лишь то, как люди отвечают на внешние стимулы. Так было, пока мы не создали приборы, которые позволяют заглянуть в живой мозг и исследовать его активность в периоды бездействия, — тогда мы обнаружили, что мозг занят преимущественно внутренними операциями.
Это ни в коей мере не снижает важность наших знаний о том, как различные структуры мозга отвечают на внешнюю среду. Моторная система, например, формирует и исполняет команды, посылая их нервам и мускулам конечностей для совершения отдельных действий — ответа на событие вроде летящей к вам теннисной подачи. Эту систему изучали несколько десятилетий. Но оказывается, что, когда моторная система приказывает руке взмахнуть теннисной ракеткой после (или даже до) того, как зрительная система сообщила о входящей подаче, она использует лишь крошечную толику от общей энергии мозга.
Подробные нейронаучные исследования моторной сферы крайне важны, но изучать отдельные зоны, игнорируя «шум» отдыхающего мозга, — подход поверхностный. Шум, строго говоря, — это нежелательный сигнал, который, как правило, случайно смешивается с сигналом, который мы изучаем. Но сеть, которую заметил Райхл, «выключалась» во время активной концентрации на стимуле и не вела себя случайно. Не смешивалась она и с изучаемыми сигналами. Ее поведение идеально предсказывалось через закономерность: когда человек начинал активно думать о чем-то, сеть выключалась.
Зачем некой мозговой сети снижать активность во время выполнения заданий вроде запоминания списка слов? Еще более загадочен тот факт, что сеть затихает при любой мыслительной задаче. Вне зависимости от экспериментальных условий происходило следующее: сеть выключалась, как только человек начинал работать по инструкции. Разумеется, Райхл заинтересовался, что происходит с этой сетью, когда люди просто лежат и ничего не делают. Оказалось, активность вовсе не является «шумом».
Райхл обнаружил нечто столь поразительное, что многие ученые до сих пор не осмеливаются в это поверить. Они спорят, что это ошибка измерения, техническая неточность, артефакт анализа данных фМРТ. Когда люди просто лежат в аппарате МРТ и позволяют мыслям бродить свободно, та самая сеть, которая выключалась в экспериментальных заданиях, развивает бурную деятельность.
Во время витания в облаках активность в узлах сети синхронизируется. Это означает, что все участки сети пассивного режима работы мозга действуют слаженно. Кроме того, сеть, которая включается во время ничегонеделания, практически полностью отрицательно коррелирует с сетью, которая действует во время заданий, требующих активного внимания. Думаю, вы в курсе, что такое отрицательная корреляция. Если «X» отрицательно коррелирует с «Y», это значит, что, когда значение «X» растет, «Y» падает, и наоборот.
При использовании фМРТ для измерения активности отдельных зон мозга нейрофизиологи используют показатель контрастности, зависящий от степени насыщения крови кислородом (Blood-Oxygen-Level-Dependent contrast, BOLD). Не вдаваясь в детали, скажу лишь, что этот метод позволяет нам узнать, сколько насыщенной кислородом крови подается в активный участок мозга. Когда нейроны активизируются, они используют больше крови и кислорода (как и мышцы). Повышение BOLD-контрастности свидетельствует об усилении мозговой активности.
Хотя сеть, которая включается при направленной деятельности, требует незначительных энергетических затрат, при ней сеть пассивного режима работы мозга затихает. В этом и заключается суть обратной корреляции: когда сеть внимания работает, сеть пассивного режима работы выключается. Пока вы бегаете весь день, как обезглавленная курица, пытаясь уложиться в расписание, уследить за всеми мобильными устройствами, строча посты в Twitter и Facebook, получая текстовые сообщения, сочиняя электронные письма, сверяясь со списком дел, вы подавляете активность, возможно, самой важной сети вашего мозга.
