Что происходит с мозгом в невесомости: как отсутствие гравитации меняет человеческое «Я»

В 1971 году астронавт Эдгар Митчелл, возвращаясь на Землю на борту «Аполлона-14», пережил то, что позже назовут «эффектом обзора»: глядя на планету через иллюминатор, он ощутил, как привычное чувство собственного «Я» растворяется, а границы тела исчезают, уступая место непосредственной связи со всем, что находится во Вселенной. Десятилетиями это состояние описывали почти исключительно как эмоциональное потрясение — реакцию психики на вид беззащитной Земли в черной пустоте. Но данные когнитивной науки заставляют пересмотреть эту романтическую трактовку.

Когнитивные нейробиологи Аннахита Незами и Элиза Рафаэлла Ферре из Лондонского университета Биркбек опубликовали в журнале Frontiers in Psychology исследование, которое доказывает: глубокие изменения восприятия и сознания космонавтов имеют точную нейробиологическую причину. Дело не в красоте вида на Землю из космоса, а в реакции нейронных сетей на исчезновение гравитации. Организм человека эволюционировал при неизменном физическом параметре — ускорении свободного падения 9,8 м/с². Когда этот параметр внезапно отключается, мозг вынужден полностью перестраивать принципы, по которым он собирает картину реальности.

Чтобы понять механизм, нужно обратиться к тому, как мозг обрабатывает информацию. Долгое время в физиологии господствовало представление, что органы чувств работают как измерительные приборы: глаз регистрирует свет, ухо — звук, кожа — давление, а мозг пассивно складывает эти сигналы в цельное изображение. Современная нейробиология доказала: все устроено иначе. Мозг изолирован внутри черепной коробки и не имеет прямого контакта с внешним миром. Все, чем он располагает, — это непрерывный поток электрических импульсов по нервным волокнам. Чтобы осмыслить эти данные, мозг постоянно строит внутреннюю гипотезу о происходящем, формирует опережающие прогнозы — априорные ожидания. Он заранее рассчитывает, какие сигналы должны поступить от сетчатки, суставов и мышц в следующую долю секунды. Сенсорная информация нужна лишь для сверки предположений с реальностью. Если прогноз совпадает с входящим потоком, мозг сохраняет текущую модель мира. Если возникает расхождение, формируется «ошибка прогноза», на основе которой модель корректируется.

В этой системе гравитация Земли занимает особое место. Это самый стабильный сигнал, который получает живой организм с момента зарождения жизни. На протяжении миллионов лет эволюции величина земного притяжения оставалась постоянной. Известный детский психолог Джин Айрес отмечала, что ориентация на гравитацию формируется у человека даже раньше, чем связь с родителями: вестибулярная система плода начинает активно функционировать задолго до рождения. В математической модели предиктивного кодирования гравитация выступает как фундаментальная базовая установка — супер-приор. Это глубинное неосознаваемое правило, которому подчиняются все остальные расчеты мозга. Благодаря супер-приору человек автоматически рассчитывает скорость падения предметов, удерживает равновесие на двух ногах, координирует движение рук и всегда безошибочно знает, где верх, а где низ. Но главное — именно сила тяжести помогает мозгу непрерывно определять положение собственного тела в пространстве и отделять самого себя от внешней среды.

Главным датчиком силы тяжести в организме служит вестибулярный аппарат во внутреннем ухе. Он состоит из полукружных каналов и отолитовых органов. Полукружные каналы заполнены жидкостью и реагируют на угловые ускорения — повороты, наклоны и вращения головы. Отолитовые органы (утрикулюс и саккулюс) устроены иначе. Внутри них находятся микроскопические кристаллы карбоната кальция — отолиты. Под действием силы тяжести эти кристаллы постоянно давят на волосковые клетки чувствительного эпителия. Когда человек стоит, идет или лежит, кристаллы смещаются, и волосковые клетки генерируют непрерывный поток электрических сигналов, сообщая нервной системе направление вектора гравитации.

У вестибулярной системы есть важная анатомическая особенность, отличающая ее от зрения или слуха. В коре больших полушарий нет единого изолированного центра равновесия. Зрительная информация первично обрабатывается в затылочной доле, слуховая — в височной. Вестибулярные же нервные пути устроены иначе: они сразу направляются в структуры ствола мозга, таламус, гиппокамп и теменно-островковую вестибулярную кору. Из этих зон сигналы мгновенно распределяются по множеству отделов мозга, где объединяются с сигналами от глаз, рецепторов кожи, сухожилий и суставов. В нейробиологии это называют мультисенсорной интеграцией. Мозг непрерывно сводит воедино три потока данных:

• Вестибулярную информацию (куда направлена гравитация).
• Проприоцепцию (в каком положении находятся суставы и насколько напряжены мышцы).
• Зрительную картину (где расположены окружающие предметы относительно взгляда).

На основе этого объединения формируется «схема тела» — фундаментальное ощущение физических границ организма. Человек четко знает, где заканчиваются его пальцы и начинается стена, потому что сила тяжести постоянно создает физическое сопротивление в точках опоры, подтверждая границы между телом и миром.

Когда космический корабль выходит на орбиту и двигатели отключаются, наступает состояние микрогравитации. Гравитационная система отсчета полностью исчезает. Отолитовые органы внутреннего уха внезапно перестают испытывать давление. Сигнал о постоянном присутствии ускорения свободного падения пропадает. Однако зрительная система продолжает передавать четкую картину: космонавт видит стены кабины, приборные панели и коллег. Мышечные рецепторы передают противоречивые данные: нагрузки на стопы нет, суставы расслаблены, привычного мышечного тонуса больше не требуется.

Для мозга, работающего по принципу прогнозирования, это означает системный сбой. Фундаментальный супер-приор 1G, на котором строились все модели поведения, больше не подтверждается входящими данными. Каждый импульс органов чувств приводит к формированию масштабной ошибки прогноза. Мозг пытается исправить эти ошибки привычным путем, усиливая внимание к органам чувств. Но поскольку сила тяжести физически отсутствует, согласовать показания внутреннего уха, глаз и мышц не удается. Это приводит к развитию синдрома космической адаптации, с которым сталкивается большинство космонавтов в первые дни полета. Человек испытывает тошноту, пространственную дезориентацию, головокружение и головные боли.

Однако физиологическими симптомами дело не ограничивается. Из-за распада устойчивой системы координат страдают высшие психические функции. Космонавты часто сообщают о состояниях, которые в клинической психиатрии называют деперсонализацией и дереализацией:

• Деперсонализация — утрата привычного чувства обладания собственным телом. Астронавты описывают ощущение, будто руки или ноги им не принадлежат. Просыпаясь в темной каюте, человек может испугаться свободно парящей перед лицом