Голодный мозг. Как перехитрить инстинкты, которые заставляют нас переедать

Способность базальных ганглиев обрабатывать сигнал увеличилась в ходе эволюции и процесса экзаптации. Они установили связь с новыми, современными генераторами сигналов, которые обладают усложненным набором опций и отвечают за высшую нервную деятельность. Базальные ганглии в человеческом мозге способны не только принимать решение о том, как двигаться, но и как себя чувствовать, что подумать, что сказать и, возвращаясь к нашей теме, что съесть.

Базальная ганглия отправляется в ресторан

Если разбить поведенческий акт на базовые элементы, то мы сможем подробно рассмотреть этот сложный совокупный процесс. Поведение формируется за счет скоординированной работы нескольких взаимодействующих частей мозга. Чтобы выполнить такую сравнительно простую задачу, как отобедать в ресторане, вы должны сначала обнаружить у себя мотивацию принять пищу. Затем обдумать, где бы вы хотели поесть и спланировать маршрут до этого места. После – привести в движение мышцы таким образом, чтобы добраться до нужного места и отправить еду себе в рот. Это задание намного превышает по сложности обязанности Робота 2, потому что каждый шаг на пути к цели предполагает принятие решения. Каждая из оговоренных выше мотивационных, когнитивных и двигательных задач обрабатывается независимо в разных отделах мозга. Но работа разных отделов мозга настолько хорошо скоординирована, любая операция выполняется так гладко и последовательно, что мы и не подозреваем о наличии у себя в мозге различных «ведомств». Как же мозгу удается принимать слаженные решения?

Мы не можем точно сказать, как это происходит, потому что у нас нет возможности проводить всесторонние инвазивные исследования человеческого мозга. Мы можем проникнуть так глубоко только в мозг животных. Но все же ученые уже разработали убедительную гипотезу на основе экспериментальных данных. Чтобы разобраться в этой гипотезе, я побеседовал с исследователями из Шеффилдского университета Питером Редгрейвом и Кевином Гурни. Они успешно описали функции базальных ганглиев в контексте процесса принятия решений. Вот что они мне рассказали.

Давайте представим, что вы длительное время не принимали пищу. Если рассмотреть вопрос с позиции выживания, то вашему телу требуется энергия, а значит принять пищу сейчас – это самое подходящее действие. Каким образом вы можете решить эту задачу? Сначала должна возникнуть мотивация к еде. Вентральная (нижняя) часть полосатого тела отвечает за отбор наиболее подходящей на текущий момент мотивации или эмоции.[28] «В этой области находятся мотивационные каналы, которые обрабатывают сигналы первостепенной важности», – объяснил мне Редгрейв. «Так вы понимаете, что чувствуете голод, жажду, страх, вожделение, холод или жару». Генераторы сигналов голода, жажды, страха, вожделения, чувства холода и жары посылают конкурирующие сообщения в вентральный стриатум. В настоящий момент генератор сигналов голода посылает самый настойчивый запрос, потому что в вашем теле не осталось энергии (так он расставляет свои ловушки, но об этом позже). Он обходит своих противников, выигрывает соревнование и получает возможность проявить себя в действии. Вы начинаете чувствовать, что проголодались.

Как только генератор «голодных» сигналов получает поддержку стриатума и вызывает мотивацию к принятию пищи, он начинает активировать другие генераторы сигналов, которые располагаются в коре головного мозга. Ему нужны партнеры, которые отвечают за поиск пищи и планирование в целом. Генераторы, которые дают сигнал холодильник, служба доставки пиццы, ресторан на углу, очень хороший ресторан в другом районе города начинают соревноваться за первенство в дорсальном (верхнем) стриатуме. Интенсивность сигнала «голод» определялась низким уровнем энергии в теле, подобным образом интенсивность сигнала о том или ином способе поесть определяется сопутствующей информацией: насколько было вкусно в прошлый раз, что подумали об этой еде другие люди, сколько усилий нужно затратить на то, чтобы добыть пищу, и во сколько это обойдется. В итоге вы приходите к выводу, что ресторан в другом районе – очень хороший вариант, но вы не хотите садиться за руль. Дешевле всего будет добыть еду в холодильнике, но ведь ее нужно готовить. Ресторан на углу располагается ближе всего и там недорого, поэтому ответственный за него генератор отправляет самый настойчивый запрос и побеждает в соревновании.

Теперь у вас есть план, но как его реализовать? Вы пойдете пешком, поедете на велосипеде или на автобусе? Опция «ресторан на углу» инициирует следующее соревнование между сигналами «ходить», «ехать на велосипеде», «сесть в автобус», которые направляются из коры головного мозга в дорсальный стриатум. Если вам хочется подышать свежим воздухом, но в то же время хочется добраться до места побыстрее, то опция «ехать на велосипеде» побеждает. Когда вы сядете на велосипед, как нужно двигаться, чтобы он поехал вперед? Нужно махать руками, шевелить пальцами на ногах, качать головой или крутить педали? Ответ очевиден, но за ним все равно стоит соревнование различных сигналов из отдела мозга, отвечающего за моторику. Сигнал крутить педали слышен очень отчетливо, поэтому вы садитесь на велосипед и устремляетесь к ресторану. Этот процесс схематично представлен на рис. 11, а на рис. 12 показано направление нейронных связей.

Рис. 11. Последовательный процесс принятия ряда решений, которые приводят к потреблению пищи. Сначала мозг определяет низкий уровень энергии, что приводит к активации сигнала «голод» и запускает когнитивные процессы. Когнитивный отдел определяет, как добыть пищу, и следом запускает релевантный генератор в двигательном отделе.

Рис. 12. Протекание процесса принятия решений. Сначала из префронтальной коры поступает запрос в вентральный стриатум и определяется конечная цель. Следом в медиальный стриатум поступают сигналы из когнитивного отдела, благодаря которым разрабатывается план. И третий этап – двигательный отдел коры полушарий направляет запрос в дорсальный стриатум и выбирает подходящий образ действий.

Я избавлю вас от подробного описания задач, которые вам придется решить по дороге в ресторан, потом, когда в ваших руках окажется меню, и в конце, когда перед вами поставят тарелку. Главная мысль, которую я хочу выделить, заключается в том, что поведенческие акты являются результатом целого ряда соревнований среди сигналов, которые проходят в мотивационном, когнитивном и двигательном отделе головного мозга. Победившая в соревновании мотивация запускает следующее соревнование в когнитивном отделе, чтобы выявить возможный план к исполнению задуманного действия. И следом когнитивный отдел объявляет соревнование среди релевантных шаблонов физической активности, которые помогут на деле исполнить разработанный план. Интенсивность каждого сигнала определяется опытом, внутренним состоянием и внешними признаками. Базальные ганглии улавливают самый мощный сигнал и позволяют ему реализоваться. Этот процесс происходит бессознательно. Мы осознаем сигнал или запрос только тогда, когда их отбирает наш селектор.[29] Это полностью соответствует теории Даниела Канемана (мы обсуждали ее во введении) о том, что большинство процессов в мозге, включая принятие решений, осуществляются неосознанно.

Многие поведенческие акты, которые кажутся нам банальными, например заправить машину или помыть посуду, на самом деле невероятно сложно структурированы. Разработчики искусственного интеллекта как никто другой знают о трудностях, связанных с воспроизведением даже самых элементарных целенаправленных поведенческих актов. Современные компьютеры справляются с вычислительными действиями, но не могут осуществить сложный выбор без участия человека. Это доказывает, что мы воспринимаем как обыденные вещи множество сложнейших функций своего собственного мозга.

Человек, который ни о чем не думал

Чтобы проиллюстрировать исключительную важность базальных ганглиев в процессе осуществления выбора и принятия решений, давайте посмотрим, что происходит, когда базальные ганглии выходят из строя.

Оказывается, существует несколько болезней, которые вызывают нарушение работы базальных ганглиев. Самая распространенная из них – это болезнь Паркинсона. Она развивается на фоне прогрессирующей потери клеток черного вещества. Эти клетки устанавливают соединение с дорсальным стриатумом и производят дофамин – нейромедиатор, который отвечает за работу стриатума. Молекула дофамина обладает разнообразными и крайне удивительными свойствами, из-за чего многие люди составили о ней ошибочное мнение. Об этом мы подробнее поговорим ниже. Сейчас нам интересна одна из ее функций, а именно увеличение вероятности выполнения какого-либо поведенческого акта.

Когда в стриатуме повышается уровень дофамина, например вследствие употребления кокаина или амфетамина, мыши (и люди) начинают активно двигаться. Высокая концентрация дофамина делает базальные ганглии очень чувствительными к входящим сигналам, и порог фильтрации запросов на действие снижается. На рис. 13 показано воздействие кокаина на активность передвижения мыши.

Рис. 13. Воздействие кокаина на физическую активность мышей. Движение мыши внутри клетки отображают линии. Наблюдения вели в течение 20 минут. Двум мышкам ввели физраствор (– кокаин, графики в верхнем ряду). Два дня спустя мышкам ввели физраствор с кокаином (+ кокаин, графики в нижнем ряду). Под воздействием кокаина двигательная активность мышей значительно возросла. Изображения взяты из работы Росса МакДевитта, Национальный институт наркологии, США.

В противоположном случае, когда уровень дофамина слишком низкий, базальные ганглии становятся менее чувствительными к входящим сигналам, порог фильтрации значительно повышается, вследствие чего снижается двигательная активность – животные сидят и не шевелятся. Наиболее экстремальный пример такого поведения продемонстрировали мыши, которых Ричард Пальмитер, исследователь из Вашингтонского университета, начисто лишил дофамина. Животные весь день сидели в клетках, практически не двигаясь. «Если посадить страдающую дефицитом дофамина мышь на стол, – объясняет Пальмитер, – она будет просто сидеть и смотреть в одну точку. Так выглядит состояние полной апатии». Когда Пальмитер и его коллеги искусственно ввели мышам дофамин, те принялись поедать корм, пить и носиться как заведенные пока его действие не закончилось.

У пациентов с болезнью Паркинсона постепенно исчезают нейроны черного вещества, что приводит к снижению уровня дофамина в дорсальном стриатуме. Этот отдел базальных ганглиев отвечает за выбор двигательных шаблонов, особенно наиболее часто используемых. Дорсальный стриатум быстро теряет чувствительность к запросам двигательного отдела головного мозга. В этой связи генераторам двигательных сигналов становится все сложнее получить доступ к мышцам. Страдающие болезнью Паркинсона люди с трудом инициируют и выполняют движения телом, особенно им тяжело дается выполнение последовательности из нескольких действий. В запущенных случаях у пациентов развивается акинезия, то есть неспособность воспроизводить любые физические действия (от греческого слова ἀκῑνησία – «отсуствие движения»).

К счастью, сегодня найдено медикаментозное решение проблемы больных с прогрессирующими двигательными нарушениями. Большинство лекарств работают одинаково: повышают уровень дофамина в мозге. Самым распространенным оральным препаратом является прекурсор дофамина L-dopa. Активное вещество растворяется в крови, затем попадает в мозг, где вступает во взаимодействие с дофаминовыми нейронами. В результате вырабатывается недостающий дофамин.[30] Возросший уровень дофамина возвращает чувствительность дорсальному стриатуму, который снова начинает обрабатывать сигналы из двигательного отдела. Пациенты с Паркинсоном получают возможность снова пользоваться своим опорно-двигательным аппаратом.

Лекарственные препараты – очень грубое средство, и L-dopa не является исключением. При болезни Паркинсона одному участку дорсального стриатума требуется больше дофамина, но всем другим отделам мозга он не нужен. Когда человек принимает L-dopa, дофаминовые нейроны по всему мозгу, включая те, которые находятся в вентральной тегментальной области, захватывают активное вещество препарата и преобразуют его в дофамин. Это приводит к неестественно завышенному уровню дофамина в вентральном стриатуме.

Я уже говорил ранее о том, что вентральный стриатум отвечает за мотивацию и эмоциональное состояние. Аналогично процессу в дорсальном стриатуме повышенный уровень дофамина в вентральном стриатуме приводит к гиперчувствительности. Это означает, что селектор будет чаще инициировать различные мотивации и запускать психические реакции. Наиболее распространенные побочные эффекты L-dopa – эмоциональная нестабильность, повышенное половое влечение, компульсивное и аддиктивное поведение (увлечение азартными играми, шопоголизм, употребление наркотиков и обжорство). Эти особенности поведения объединяет общее название «нарушение импульс-контроля». Люди утрачивают способность подвергать оценке свои сиюминутные порывы. Вентральный стриатум становится настолько чувствительным, что генераторы неуместных сигналов быстро приобретают над ним власть. Вдобавок ко всему, повышенное содержание дофамина в стриатуме может привести к аномальной активности аддиктивных (зависимых) и компульсивных (навязчивых) поведенческих сценариев, то есть к развитию зависимости. Об этом мы поговорим в следующей главе.

Другие нарушения в работе базальных ганглиев еще интереснее. Давайте рассмотрим случай Джима, бывшего шахтера. В возрасте 57 лет он поступил в психиатрическую больницу с набором необычных симптомов.[31] В его медицинской карте записано следующее.

В течение последних трех лет он становился все более замкнутым и тихим. За месяц до поступления в клинику состояние настолько ухудшилось, что Джим мог отвечать на вопросы только «да» или «нет», в основном сидел или стоял без движения, не проявлял активности. Он ел только после напоминания и временами продолжал подносить ложку ко рту даже после того, как опустошал тарелку. Иногда он мог выполнять это движение в течение нескольких минут. Также он мог постоянно нажимать кнопку слива на унитазе до тех пор, пока его не попросят остановиться.

Джим страдал от редкого заболевания – абулии. На греческом языке это слово означает «отсутствие воли».[32] Пациенты с абулией могут отвечать на вопросы и выполнять задания, если их к этому подталкивают. Они не в состоянии проявлять инициативу, осуществлять намерения, проявлять эмоции или думать. Больной с тяжелой формой абулии может оставаться неподвижным, сидя в закрытом помещении до тех пор, пока кто-нибудь не войдет в комнату. Если спросить у него, о чем он думал или что чувствовал, он ответит: «Ничего». Разумеется, у пациентов с абулией очень низкая мотивация к еде.

Абулия развивается на фоне нарушений в базальных ганглиях и связанных с ними нейронных цепях.[33] Чаще заболевание хорошо поддается медикаментозному лечению, которое направленно на повышение уровня дофамина. Джиму назначили бромокриптин, один из эффективных препаратов этой группы:

Пациенту начали давать бромокриптин с суточной дозы 5 мг. Дозу последовательно увеличивали на 5 мг и довели до 55 мг в сутки в несколько приемов. Его первое самостоятельное действие – пациент оделся без напоминания – произошло при дозе 20 мг. При 30 мг он начал инициировать беседу с другими пациентами, но эффект был нестабилен.

По мере того как дозу увеличивали, пациент начинал самостоятельно мыться, одеваться и принимать пищу. При этом действия осуществлял без зацикливания. В отдельные дни он возвращался к тому же состоянию, в котором пребывал до начала лечения. При приеме максимальной дозы препарата такие дни случались редко. Пациент полностью самостоятельно начал справляться с повседневными нуждами.

Исследователи полагают, что нарушения в работе мозга, связанные с абулией, угнетают базальные ганглии. Они теряют чувствительность ко всем входящим сигналам, включая те, что вызывают обычные чувства и мысли. В результате мотивация не находит выражения в действии (возможно, мотивации даже не могут быть осознанными). Лекарства, которые увеличивают уровень концентрации дофамина, возвращает стриатуму чувствительность. Пациенты с абулией заново начинают чувствовать, думать и проявлять добровольную физическую активность.

Как все это относится к перееданию?

Теперь, когда мы познакомились с механизмом принятия решений, мы можем сфокусироваться на том, как мозг решает, что, а главное, сколько съесть за обедом. Принятие пищи – это сложный поведенческий акт, который требует принятия серии согласованных решений на мотивационном, когнитивном и двигательном уровнях. Однако искру, которая дает движение всей цепочке последовательных действий, высекает мотивация. Мотивация к еде может зарождаться в нескольких отделах мозга в ответ на разные раздражители. Например, генератор, который подает сигналы голода, предположительно отличается от того генератора, который побуждает вас съесть десерт после сытного обеда. Также можно предположить, что совсем другой генератор вызвал желание у Джои Честната съесть 69 хот-догов за 10 минут, чтобы выиграть чемпионат по поеданию хот-догов (Nathan’s Hot Dog Eating Contest). Но в любом случае для принятия пищи должна появиться мотивация.

В следующей главе мы подробно рассмотрим нейронные связи, которые отвечают за появление мотивации к еде. Особенно те, которые стимулируют желание переедать. Какие нейронные связи мотивируют нас к перееданию? Какие раздражители вызывают появление этой мотивации? Что мы может с этим сделать? Мы продолжим знакомство с базальными ганглиями и выясним, как эти структуры мозга напоминают о пище, заставляют ее страстно желать и вырабатывать к ней зависимость.

3

Формула искушения

Вы только что появились на свет из утробы матери и попали в палату родильного отделения, где полно незнакомых людей, яркого света и непонятного оборудования. Полностью сбитый с толку обилием новых объектов и впечатлений, малыш – то есть вы – начинает плакать. В данный момент плач – это одно из немногих известных вам действий из репертуара инстинктивного поведения. Сюда же добавим высасывание молока. В течение жизни у вас развивается желание и способность играть в кубики, читать написанные слова, забрасывать мяч в корзину, целовать другого человека, ходить на работу и ежедневно добывать и потреблять пищу. Это разительное преображение поведенческих функций возникает в результате феномена, который мы часто принимаем как само собой разумеющееся. Это феномен называется обучение – процесс получения новых знаний, умений, двигательных шаблонов, мотиваций и предпочтений, а также развитие уже имеющихся. Оказывается, что обучение – а именно его воздействие на мотивацию к поиску определенных пищевых продуктов – является одной из основополагающих причин переедания, невзирая на наши высшие устремления.

Чтобы чему-то научиться, вам необходимо начать с целеполагания. Если у вас нет цели, то вы не сможете определить, какой образ действий в данном случае наиболее ценен и, как следствие, не сможете его культивировать. С точки зрения эволюции максимальная цель каждого живого организма заключается в увеличении шансов на репродуктивный успех. То есть оставить после себя как можно больше здоровых и сильных отпрысков. Эта цель реализуется в виде многочисленного здорового потомства.[34] Но мы обдумываем совсем не эту цель, когда наворачиваем сухие завтраки. На самом деле мы очень редко об этом вспоминаем, а быть может, и никогда. Мы осознаем разнообразные временные цели, которые вмонтировали в наш мозг долгие годы естественного отбора. Эти кратковременные цели направлены на достижение окончательной цели – воспроизведение здорового потомства. Большинство животных ограничивается следующим набором целей: поиск пищи и воды, спаривание, поиск безопасного укрытия и достижение физического комфорта. Люди, как наиболее сложные и социально ориентированные животные также преследуют цель достижения общественного статуса и накопления материальных благ. (Однако мы не можем закрепить эти особенности только за человеком разумным. Многие социальные животные, например шимпанзе, используют подкуп, секс и насилие для того, чтобы взобраться выше по социальной лестнице). Эти цели – поесть, попить, заняться сексом, найти безопасное место, создать комфорт, понравиться другим – помогают зародиться мотивации и начать процесс обучения. Так как еда очень важна с точки зрения выживания и воспроизведения потомства, она является нашим самым сильным учителем.

Когда мы слышим слово обучение, мы сразу представляем, как склоняем голову над учебником и впитываем изложенные в нем факты. Но на самом деле почти все, что мы делаем, думаем и чувствуем, было уже когда-то разучено, преднамеренно или нет. Рой Уайз, исследователь мотивации и зависимости из Института наркологии Мериленда, осветил эту проблему в своей работе 2004 года.

Многие целевые мотивации, даже поиск пищи и воды во время голода или жажды, появляются в процессе обучения. Из действий, которые изначально выполняются случайно, впоследствии отбираются и подкрепляются наиболее полезные. Поведение (новорожденного) становится направленным и мотивированным, потому что на него воздействует соответствующий внешний стимул.

Чтобы проиллюстрировать примером это высказывание, давайте представим новорожденного, который пытается ухватить за хвост сидящую рядом кошку. Его движения плохо скоординированы, и он просто машет ручкой поблизости от хвоста, иногда задевает его, но никак не может схватить. Вдруг совершенно случайно его рука и кисть выполняют слаженное движение, которое позволяет ему ухватиться за хвост на короткое мгновение. Малыш осознает, что случилось нечто хорошее. Его мозг начинает повышать вероятность повторения того же самого движения, когда в следующий раз ребенку захочется схватить кошку за хвост. По мере практики мозг оттачивает выполнение движения, и ребенок получает возможность терроризировать кошку когда угодно. Если посмотреть шире, то всякий раз, когда случается нечто хорошее, в будущем мозг повышает вероятность повторения шаблона мозговой активности, который предшествовал счастливому событию. Если перевести это в терминологию из предыдущей главы, то получается, что сигнал, исходящий из успешного генератора, набирает силу.

Благодаря наблюдениям мы пришли к выводу, что если вариант поведения приводит к достижению цели, то в будущем вероятность его повторения очень велика. Вариант поведения получает подкрепление. Знаменитый американский психолог Эвард Торндайк еще в 1905 году описал феномен подкрепления. По его мнению, «любой акт, который в определенной ситуации приводит к удовлетворению, начинает ассоциироваться с этой ситуацией. Когда она повторяется, то вероятность последующего повторения акта возрастает больше, чем когда-либо». В течение жизни мы получаем опыт, который помогает нам усваивать и совершенствовать способы достижения целей. Подкрепление – это самый простой и действенный метод приобретения новых навыков.

Вернемся к примеру об утолении голода в ресторане. Чтобы добыть себе еды, вы активируете генераторы сигналов, которые воспроизводят образ ресторана на углу, побуждают вас сесть на велосипед и крутить педали. Это шаблон мотивации, мыслей и действий, который приводит вас в ресторан. Теперь представим, что вы пообедали в ресторане, и еда оказалась очень вкусной. Неожиданно вкусной. Вы удовлетворили цель принятия пищи очень успешно. Генераторы сигналов, которые привели вас в ресторан, начинают посылать свои сообщения более настойчиво и в следующий раз: когда вы почувствуете голод, то скорее всего очень захотите снова попасть в ресторан на углу. Возможно, даже сядете на велосипед, чтобы снова оказаться там. Вы начнете получать удовольствие от мысли о ресторане, вспоминая его внешний вид и запах еды. Вариант поведения, который приводит вас в ресторан на углу, получает подкрепление.

Обучение приводит в соответствие все три уровня процесса осуществления выбора – мотивационного, когнитивного и двигательного. Подкрепление усиливает все три аспекта, потому что все они требуются для осуществления эффективного целевого поведения. Процесс подкрепления проходит полностью за пределами сознательного понимания. Он существовал еще до наших общих с миногами предков.

Обучение также работает в противоположном направлении. Если в результате выбранного варианта поведения случается что-то плохое, вероятность того, что подобное поведение повторится, снижается. Например, если вы отравились в ресторане на углу, то едва ли станете обедать там снова, даже когда почувствуете голод. А мысль о ресторане, его внешнем виде и запахе могут вызвать у вас тошноту. Это называется негативное подкрепление.

Чтобы осуществилось подкрепление, должен возникнуть обучающий сигнал. Он изменяет способ работы нейронных цепей в базальных ганглиях. При этом действия с хорошей ответной реакцией закрепляются, а с плохой – отсеиваются. Большинство ученых полагают, что обучающий сигнал в мозге производят удивительные молекулы дофамина.[35]

Обучающая молекула

Росс МакДевитт, стажер-исследователь из Национального института здравоохранения в городе Балтимор, аккуратно сажает подопытную мышь в пластиковую клетку и присоединяет к ее голове тонкий волоконно-оптический кабель, там же расположен миниатюрный коннектор. МакДевитт пользуется передовым методом исследования, который получил название оптогенетики, чтобы воздействовать на клетки мозга в вентральной тегментальной области (вентральной области покрышки). Как мы уже выяснили в предыдущей главе, вентральный тигментум посылает дофаминовые волокна в главный мотивационный центр мозга – вентральный стриатум (рис. 14). Волокна выделяют молекулы дофамина, которые изменяют функцию клеток вентрального стриатума и прилежащих к нему других отделов мозга. Этот процесс оказывает влияние на поведение. Мы уже говорили о том, что высокий уровень дофамина повышает вероятность того, что власть над поведением перейдет в руки определенного генератора сигналов. Дофамин оказывает и более тонкое воздействие на организм. Фактически дофамин является средством подкрепления.

Рис. 14. Дофаминовая связь вентральной тегментальной области и вентрального стриатума. По этому пути проходит подкрепление мотивации и обучение.

В ходе эксперимента МакДевитт вызывает всплеск дофамина в вентральном стриатуме одним щелчком выключателя. Эксперимент наглядно демонстрирует эффективность такого способа обучения и мотивировки.

В клетке у мышки стоит маленькая коробочка. Каждый раз, когда мышь трогает носом коробочку, к датчику на ее голове по кабелю поступает световой сигнал. Сигнал активизирует нейроны в вентральной области покрышки, они выбрасывают порцию дофамина в вентральный стриатум и прилежащие отделы мозга. Но в начале эксперимента мышь об этом ничего не знает. Когда она впервые попадает в клетку, то не проявляет заинтересованности к коробочке. Впервые она дотрагивается до нее носом случайно, из простого любопытства. Всякий раз, когда мышь тычется носом в коробочку, она разом испытывает мышиный эквивалент откушенной шоколадки, секса и выигрыша в лотерею.

Проходит совсем немного времени – и мышь дотрагивается носом до коробочки все чаще. «Мы обнаружили, – говорит МакДевитт, – что мыши начинают сходить с ума от удовольствия. Им этот процесс очень нравится». Хотя изначально мышь соприкасается с коробкой из любопытства, вскоре она понимает исключительную важность этой вещи. Мыши МакДевита в итоге тыкались носом в коробочку со скоростью восемь сотен раз в час, игнорируя все окружающее их пространство. В ходе других опытов над крысами ученые зафиксировали, что животные успевали тыкать носом в коробочку пять тысяч раз за час, чтобы почувствовать стимуляцию вентральной тегментальной области. Они совершали это движение чаще, чем раз в секунду! Другими словами, всплеск дофамина в вентральном стриатуме подкрепляет действие.

На клеточном уровне дофамин взаимодействует с нейронными связями в базальных ганглиях, которые только что проявляли активность, и повышает вероятность того, что те же самые нейронные связи вновь будут задействованы. Таким образом, вы захотите повторить снова любое действие, которые совершаете на момент дофаминового всплеска, если подходящая ситуация повторится. Вентральная тегментальная область говорит: «Мне понравилось то, что сейчас произошло. Я, пожалуй, выплесну дофамин в вентральный стриатум, чтобы в следующий раз произошло то же самое».

Конечно, МакДевитт продемонстрировал гипертрофированную форму подкрепления, потому что воздействовал непосредственно на вентральную область покрышки. Но этот процесс в умеренной степени протекает в нашем мозге ежедневно! Когда вы удовлетворяете запрос на тройной чизбургер с беконом, в мозге происходит короткий дофаминовый всплеск, который подкрепляет ваше «хорошее» поведение. Таким образом дофамин учит нас, как следует себя чувствовать, что думать и как себя вести, чтобы достичь основополагающих целей. При этом совершенно не заботится о том, поддерживает ли эти идеи рациональная, сознательная часть мозга. Присутствие дофамина в вентральном стриатуме имеет огромную важность для закрепления мотивации, например запоминания, какую еду следует хотеть, а какой избегать.

Хотя дофамин был открыт только в 1950-х годах, русский физиолог Иван Павлов за полвека до этого проводил эксперименты и описывал способность животных ассоциировать нейтральные внешние сигналы с пищей. Павлов и его коллеги изучали пищеварительную систему собак и заметили, что у подопытных животных начинала капать слюна при виде пищи. Павлов также отметил, что у собак начинала выделяться слюна даже тогда, когда у него при себе не было еды, так как присутствие Павлова ассоциировалось у них с пищей.

Исследователи продолжили эксперименты и начали звонить в колокольчик прежде чем кормить собак. Со временем у последних слюна начинала выделяться уже при одном звуке колокольчика, который ассоциировался со скорым угощением. В этой связи прежде нейтральный внешний раздражитель приобрел для них особую важность. Тот же самый процесс заставил мышей МакДевитта придать обычной скучной коробочке огромное значение, поскольку взаимодействие с ней очень хорошо поощрялось (дофамин попадал в вентральный стриатум).

Сегодня мы называем это явление условными рефлексами. При виде кока-колы, воспоминании о вкусе мороженого мы тут же, следуя зову условного рефлекса, начинаем хотеть эти продукты. И выделять слюну.

Дофамин: молекула удовольствия?

Вы, должно быть, слышали, что дофамин называют «молекулой удовольствия», которая запускает приятную нейрохимическую волну, благодаря чему мы чувствуем радость от победы в соревнованиях, занятий сексом, поедания шоколада и курения крэка. Несмотря на то что в научно-популярной литературе встречается такая информация, она давным-давно устарела. На самом деле дофаминовый всплеск не является необходимым компонентом для получения удовольствия. В ходе экспериментов показано, что животные и люди могут получать удовольствие и без дофамина. Скорее за удовольствие отвечают эндорфины, которые попадают в стриатум одновременно с дофамином. Только молекула эндорфина отвечает за возникновение приятных ощущений. Дофамин лучше называть «обучающей молекулой», а не «молекулой удовольствия».

Вы научились с помощью дофамина ассоциировать вид и запах картошки фри с наградой для своего живота. Внешние раздражители органов чувств приобрели значимость и мотивируют вас съесть жареную картошку, как только представится случай. Хотя не все продукты одинаково возбуждающе на нас воздействуют. Но почему?

Мозг ищет калории

Мы согласимся на том, что еда выступает в роли мощного подкрепляющего средства и перетягивает на себя управление поведением человека. При этом некоторые продукты сильнее воздействуют на мозг, чем другие. Например, брюссельская капуста кажется нам менее привлекательной, чем мороженое. Чтобы понять, почему мы переедаем, прежде нужно ответить на один фундаментальный вопрос: Что именно содержится в пище, что запускает процесс подкрепления? Энтони Склафани, тот самый ученый из первой главы нашей книги, который изобрел «ресторанную диету», посвятил свою карьеру решению этого вопроса. И он добился серьезного прогресса.

Обычная лабораторная крыса любит напиток с искусственным ароматом вишни также сильно, как напиток с ароматом винограда. Если поставить в клетку два напитка, то крыса выпьет примерно одинаковое количество из обеих поилок. В 1988 году Склафани и его коллеги опубликовали революционные результаты исследования по изменению вкусовых пристрастий крыс. Ученые вводили крысам в желудки частично переваренный крахмал, пока они пили вишневый напиток. Из-за чего животные начинали больше любить вишневый напиток, чем виноградный.[36] Их вкус изменился на противоположный, когда ученые повторили эксперимент с участием виноградного напитка. Крысам больше не вводили крахмал, но спустя четыре дня они все равно демонстрировали стойкое предпочтение к напитку, который попал к ним в рот вместе с крахмалом. Этот феномен Склафани назвал условное вкусовое предпочтение.[37]

Условные вкусовые предпочтения стоит рассмотреть подробнее. Крысы не подозревали, что ученые вводят им в желудки крахмал. Но крахмал каким-то образом смог подать сигнал в мозг, из-за которого крысы больше полюбили тот напиток, вкус которого ощутили вместе с крахмалом. Они научились отдавать предпочтение до сих пор нейтральному вкусу таким же образом, как собаки Павлова научились пускать слюну в ответ на звук колокольчика. Как же это работает?

Калории формируют не только вкусовые предпочтения, они отвечают и за появление привязанности к запахам, внешнему виду, звуку и даже месту, где, предположительно, можно найти калорийную пищу. Из наблюдений можно сделать вывод, что крысы держатся поблизости от тех мест, где с ними уже произошло что-либо хорошее. А живот, набитый калориями, разумеется, вещь хорошая. Так мы учимся реагировать на наше окружение и добиваться от него того, чего хотим.

Дальнейшие эксперименты выявили, что крысы реагировали не на крахмал, а на молекулы глюкозы, которые возникают при распаде крахмала в пищеварительном тракте. Главным образом реакция на глюкозу происходила в тонком кишечнике. Каким-то образом кишечник определял присутствие глюкозы и посылал мозгу сообщение: «Произошло что-то хорошее. Хочу еще раз!»

Склафани до конца не изучил, каким образом сигнал из кишечника достигает мозга. Но он и другие ученые точно определили, как сигнал, попадая в мозг, влияет на развитие вкусовых предпочтений.[38] Главный подозреваемый – я думаю, вы догадались – дофамин в вентральном стриатуме. Иван де Араухо, доцент кафедры психиатрии Йельского университета провел исследования, не опираясь на работы Склафани, и обнаружил, что калории в тонком кишечнике способствуют выбросу дофамина в вентральный стриатум. Чем больше калорий попадает в кишечник, тем сильнее повышается уровень дофамина в вентральном стриатуме. В соответствии с заключениями Араухо, научная группа под руководством Склафани пришла к выводу, что блокирование дофаминового всплеска не позволяет развиваться условным вкусовым предпочтениям. «Из этого следует, – сообщает Склафани, – что дофамин является ключевым компонентом всего процесса».

Данный опыт хорошо иллюстрирует способность углеводов влиять на вкусовые предпочтения. Когда крыса ест, то чувствует вкус и запах, которые ассоциируются с пищей. После того как она проглатывает еду, та попадает в желудок и оттуда – в тонкий кишечник, где определяется наличие глюкозы. Далее идет пока неопределенный сигнал в мозг, что, в свою очередь, приводит к дофаминовому взрыву в вентральном стриатуме. Если пища богата крахмалом или в ней много сахара, то после дофаминового взрыва у крысы вырабатывается предпочтение к вкусу и запаху только что съеденной пищи и она обретает мотивацию к поиску подобного продукта. Таким образом крыса учится выбирать углеводную пищу.

Исследователи из группы Склафани пробовали воздействовать и на вкусовые предпочтения с помощью жиров и белков. В серии опытов показано, что крысы одинаково хорошо реагируют на присутствие всех трех основных питательных элементов – углеводов (крахмал и сахар), жиров и белков.[39] Склафани выявил, что чем пища калорийнее, то есть чем выше концентрация калорий в ней, тем сильнее ее подкрепляющее воздействие. По всей видимости, мозг крысы настроен не только на углеводы, но и на все типы калорий в принципе – животное предпочитает пищу, которая дает как можно больше калорий за один укус. Звучит знакомо, не правда ли?

Вкус и аромат еды позволяют мозгу быстро определять ее качество еще до попадания в пищеварительный тракт. Склафани и другие ученые доказали, что некоторые вкусы, попав на язык, повышают вероятность возникновения вкусового предпочтения. Например, у крыс появляется стойкая вкусовая привязанность к сладкому вкусу, и она сильнее по сравнению с теми опытами, в ходе которых крысам подавали глюкозу прямо в желудок. Сахар воздействует на язык, затем – на тонкий кишечник, что закрепляет поведенческий шаблон. Пища с другими вкусами воздействует на организм таким же образом. Богатый и плотный вкус умами («приятный вкус») создают аминокислоты и глутамат (основной компонент глутамата натрия).[40] Этот вкус повышает желание употреблять данную пищу у крыс так же сильно, как и у людей. В том числе глутамат создает вкусовые предпочтения, если вводится непосредственно в желудок. Сладость фрукта означает, что плод спелый. Также вкус глутамата говорит о поступлении богатой белковой пищи, к примеру мяса.[41] Оба вкуса очень приятны и указывают на важный источник калорий и других питательных веществ в условиях дикой природы. В противоположность им, горечь, запах разложения и любая пища, которая в прошлом привела к пищевому отравлению, вызывают отвращение.[42]

Все эти факторы говорят о том, что животные не выбирают пищу наугад – их привлекают в ней определенные качества, которые мозг инстинктивно распознает как ценные, а в основном ее качество измеряется ее калорийностью. Предположительно, наиболее важны питательные вещества, необходимые для выживания и воспроизведения потомства в естественной среде. Мозг крысы реагирует на их присутствие и выбрасывает порцию дофамина. Вариант поведения таким образом закрепляется, и в будущем животное настроено на поиск и поедание продуктов с нужными элементами. Его мозг инстинктивно дает высокую оценку питательным веществам, которые поддерживают здоровье и плодовитость. Постепенно под руководством дофамина крыса учится добывать необходимые продукты эффективнее.

Культура условного рефлекса

Если вам показалось, что у вас с крысой есть много общего, то вы на верном пути. У людей и крыс формируются схожие вкусовые предпочтения. Это вполне ожидаемо, если учесть, что и те и другие являются омниворами (всеядны).

Уже многие поколения крыс и людей едят одинаковые продукты, отдавая с самого рождения предпочтение сладкому вкусу и не любя горький. Можно предположить, что это было свойственно еще нашим общим с крысами предкам 75 миллионов лет назад. Кроме того, люди всех национальностей любят мясной вкус глутамата, не переносят запах гниения и испытывают стойкое отвращение к продуктам, которые в прошлом привели к пищевому отравлению. Люди очень симпатизируют продуктам с солью (хлорид натрия), однако крысы не разделяют с нами эту любовь.[43]

Схожесть гастрономических предпочтений людей и крыс подтвердилась в ходе опытов Лиана Бёрча, исследователя в области детского ожирения в Университете Джорджии. Бёрч совместно с коллегами решил выяснить, можно ли использовать результаты наблюдений за крысами, которые вел Склафани, чтобы изучить пищевое поведение людей.[44] По результатам этих и других исследований можно судить о том, что жиры и углеводы способствуют закреплению условных вкусовых предпочтений у людей. Иначе говоря, они подкрепляют определенный вариант поведения.

В приведенной выше таблице я указал общие для всех людей пищевые симпатии и антипатии. Указанные свойства пищи формируют наше пищевое поведение. В организме резко повышается уровень дофамина, что стимулирует нас к поиску калорийной еды, ее вкусов, запахов, текстур, внешнего вида и мест, где можно ее достать.

Люди в Китае и во Франции одинаково любят сахар, соль, жиры и вкус мяса. Конечно, француз едва ли оценит по достоинству традиционную китайскую кухню, а китайца может затошнить от крепкого аромата французского сыра. В каждой культуре сложились свои предпочтения относительно вкуса, запаха, текстуры и внешнего вида пищи, сформировавшиеся в результате позитивного подкрепления в процессе обучения. Крысы не родились со знанием того, что им больше нравится вишневый вкус, чем виноградный. Также и мы при рождении не имеем привязанности к вкусу и запаху нашей национальной кухни. Она вырабатывается как условное вкусовое предпочтение. Вкус и запах пищи становятся приятными и мотивирующими в силу многократного повторения в совокупности с подкрепляющим воздействием углеводов и жиров. Ассоциации со вкусной пищей формируются главным образом в детстве.

При таких обстоятельствах очевидно, что человеческий мозг находится в сильной зависимости от калорий. За исключением соленого вкуса, все остальные врожденные вкусовые предпочтения отражают высокую калорийность продуктов. Ученые предполагают, что причина кроется в фатальном недостатке калорий, который в далекие времена угрожал нашим прародителям. Чтобы люди могли оставить после себя потомство, эволюция заставила нас превыше всех остальных продуктов ценить высококалорийную пищу. И становится понятно, почему современные охотники и собиратели, которые по сей день живут так, как жили их далекие предки, не тратят время на поиски брюссельской капусты. Они прикладывают усилия, чтобы добыть высококалорийную пищу, способную восполнять их энергетические затраты, – орехи, мясо, клубни, мед и фрукты. Подробнее об этом мы поговорим позже.

Исходя из своих врожденных вкусовых предпочтений, ребенок скорее попросит мороженое, чем брюссельскую капусту. С точки зрения вентрального стриатума брюссельская капуста не имеет никакой ценности, хотя и содержит большое количество витаминов и минералов, ведь в ней очень мало калорий.[45] Мы хотим мороженого, потому что мозг ассоциирует его вкус, текстуру и внешний вид с хорошей порцией быстроусвояемых жиров и углеводов. Наш мозг развивался в эпоху относительной нехватки продовольствия, поэтому он воспринимает калории как необходимость, и влечет нас к холодильнику.

Бессознательная часть мозга считает некоторые продукты настолько ценными, что заставляет нас добывать и поедать их даже тогда, когда мы не голодны. При этом можно испытывать искреннее желание придерживаться здоровой диеты и следить за фигурой. Мы завершаем десертом сытный ужин, запиваем газировкой обед и не можем устоять перед еще одним кусочком пиццы. Сила воли часто капитулирует перед могучим воздействием внешних раздражителей, которые уже получили дофаминовое подкрепление. В качестве раздражителей может выступать завлекательное меню с десертами, автомат с газировкой в поле зрения или аромат пиццы. Случается, что процесс дофаминового подкрепления выходит из-под контроля.

Очень сильные привычки

Несмотря на то что процесс подкрепления для нас абсолютно естествен и помогает идти по жизни, с успехом преодолевая препятствия, иногда он выходит из-под контроля. Как показали опыты МакДевитта, когда концентрация дофамина в вентральном стриатуме достигает критического уровня, определенный вариант поведения получает настолько сильное подкрепление, что начинает доминировать над естественным и рациональным образом действий. Так появляется зависимость.[46] Любой из известных наркотиков, вызывающий зависимость, либо влияет на концентрацию дофамина непосредственно в вентральном стриатуме, либо стимулирует возникновение такого же результата другими путями. Даже сравнительно мягкие наркотики, например кофеин, формируют зависимость схожим образом. На фоне повторяющегося дофаминового всплеска в вентральном стриатуме после употребления тяжелых наркотиков, например крэка, повторение поведенческого акта, приведшего к такому состоянию, становится самой приоритетной задачей. На второй план отходят пища, безопасность, комфорт и отношения с окружающими. Генераторы сигналов, которые запускают процесс поиска и курения крэка, создают в стриатуме патологически сильные нейронные связи. Они заглушают все остальные сигналы, исходящие из других генераторов.

По мнению Роя Уайза, исследователя феномена зависимости, с которым мы уже познакомились в начале этой главы, зависимость – это гипертрофированная версия естественного процесса позитивного подкрепления. «Зависимость формируется как очень сильная привычка, потому что наркотики являются очень сильным подкрепляющим средством», – говорит Уайз.

Получается, что можно впасть в зависимость от еды? Еда выступает в качестве триггера для выброса дофамина в вентральный стриатум точно так же, как тяжелые наркотики. Мы знаем, что еда может давать очень сильный подкрепляющий сигнал. Но среди ученых это мнение не находит однозначного подтверждения. Как можно впасть в зависимость от вещества, которое жизненно необходимо организму? Следуя этой логике, мы находимся в зависимости от воды и воздуха? Все, что приносит радость в нашей жизни, от секса до новой машины или успешно выполненной работы, приводит к дофаминовому всплеску в вентральном стриатуме. Значит, у нас зависимость вообще от всего?

Конечно, мы не страдаем от зависимости ко всему подряд. Большинство людей поддерживают осознанные отношения с тем, что доставляет радость жизни. Такие отношения нельзя назвать зависимостью. Однако по результатам исследования, проведенного Эшли Гирхардт и Келли Браунелл из Йельского университета, можно говорить о том, что некоторые люди действительно страдают от пищевой зависимости. Коллеги Браунелл изучили стандартные диагностические критерии для выявления зависимости, подкрепление которой происходит без участия пищи. Это наркотики, секс и пристрастие к азартным играм.[47] На основе диагностических критериев они составили опросник, который помогает обнаружить пищевую аддикцию. Явление пагубного пристрастия к пище характеризуется потерей контроля, употреблению некоторых продуктов, невзирая на негативные последствия для организма и синдромом отмены. В опроснике были примерно такие пункты: «Бывало, что я принимал пищу так часто или в таких больших количествах, что вскоре начал принимать пищу вместо работы, в ущерб отношениям с семьей и близкими, потерял интерес к важным делам и мероприятиям, которые раньше любил». И еще: «Однажды я ел до тех пор, пока не почувствовал себя физически больным».

В первой группе прошедших тестирование большинство составляли люди с нормальным весом. У 11 процентов опрошенных обнаружилась пищевая аддикция (зависимость, привыкание). Дальнейшие исследования показали, что пищевая зависимость в основном встречается у людей, страдающих ожирением и склонных к перееданию. Это подтверждает гипотезу о том, что подкрепляющий механизм пищи может привести к развитию зависимости от нее, перееданию и ожирению у восприимчивых людей. Однако не у всех лиц с ожирением проявилась пищевая аддикция, равно как и не все люди с пищевой аддикцией страдают от избыточного веса. Следовательно, перед нами открылась только часть разгадки эпидемии ожирения.

Чтобы понять природу пищевой аддикции, нужно выяснить, какие продукты ее вызывают. Оказывается, что люди не впадают в зависимость от сельдерея и чечевицы. А какая же еда вызывает пристрастие? Вот что думают по этому поводу Гирхардт и Браунелл.

Высокая концентрация сахара, рафинированных углеводов (хлеб, белый рис, макаронные изделия из белой муки), жиры (сливочное масло, сало, маргарин), соль и кофеин приводит к развитию пищевой зависимости. Люди склонны злоупотреблять продуктами, в которых в больших количествах содержатся данные вещества. Практически так же, как и тяжелые наркотики, сами по себе эти вещества не способны вызвать зависимость. Они становятся опасными только после обработки, экстракции, рафинирования и концентрирования, которым они подвергаются на современном производстве. Подобные продукты только напоминают настоящую еду и их употребление всерьез повышает риск развития аддикции.

Нельзя однозначно заявить, что эти пищевые вещества вызывают зависимость, однако совершенно точно известно, что они приводят к дофаминовому всплеску в вентральном стриатуме. Чем выше концентрация веществ, тем сильнее дофаминовый всплеск. Чем больше дофамина попадает в стриатум, тем сильнее закрепляется вариант поведения. Чем сильнее закрепляется поведение, тем ближе мы подбираемся к зависимости.