«Простота, простота, простота!» Именно ее рекомендует Генри Торо (Henry David Thoreau) читателям своей книги «Уолден», в которой он превозносит добродетельность «спартанской жизни». Святой Фома Аквинский утверждал, что простота позволяет нам быть ближе к Богу. Исаак Ньютон верил в то, что она ведет к истине. Процесс упрощения, как нам говорят, способен озарить своим светом красоту, убрать ненужный беспорядок и стресс, а также помочь нам сосредоточить свое внимание на том, что, на самом деле, имеет значение.
Но простота может быть также признаком старения. Юношеское здоровье и энергия, во многом, связаны со сложностью. Кости получают силу от сложных клеточных элементов связующей ткани. Умственная активность возникает в связанных между собой сетях нейронов. Даже такая простая телесная функция как биение сердца зависит от взаимодействующих между собой сетей метаболического контроля, сигнальных путей, генетических выключателей и циркадных ритмов. По мере старения нашего тела анатомические структуры и психологические процессы утрачивают свою сложность, что делает их менее эластичными и в конечном итоге приводит к одряхлению и болезни.
Для понимания подобных утрат мы должны сначала определить, что мы имеем в виду под «сложностью». Рассмотрим машину Руба Голдберга (Rube Goldberg), в которой одно действие приводит к другому, затем к еще одному и так далее в линеарном виде — например, для того, чтобы, скажем, почесать спину или поднести ко рту салфетку. Хотя подобного рода хитроумное изобретение инженерной мысли может показаться сложным, оно, на самом деле, простое: определенный ввод данных всегда производит одну и ту же реакцию. Это делает систему уязвимой, потому что одна единственная поломка в цепи способно подорвать ее функционирование в целом.
В отличие от этого, сложный процесс включает в себя множество различных компонентов, взаимодействующих между собой с различной интенсивностью во времени и пространстве. Поскольку подобное взаимодействие не является линейным, возникающая реакция не оказывается не пропорциональной вводу — она более беспорядочна и непредсказуема. Подумайте, к примеру, о том, что требуется для того, чтобы просто поднять вашу ногу. Электрические, химические и механические части должны постоянно координировать свои действия на молекулярном, клеточном уровне, а также на уровне органов и системы. Генетические механизмы внутри клеток производят протеин для питания мускулов^; желудочно-кишечные органы переваривают сахар и за счет обмена превращают его в энергию^; двигательные центры в головном мозге планируют движение и выдают команды, тогда как нервы передают эти сообщения в мышечные волокна и обеспечивают обратную связь с мозгом, направляя информацию о расположении ноги в пространстве. В целом, этот процесс представляет собой нечто большее, чем сумма его составляющих.
Мы можем квантифицировать сложность биологических систем с помощью заимствования математических идей из теории хаоса, а также из области нелинейной динамики и статистической физики. Одним из возможных заимствований может быть концепция фракталов. Фрактал — это иррегулярный геометрический объект, форма которого подчиняется лежащему в основе шаблону: он представляется тождественным самому себе во множестве систем измерений. Облака, береговые линии, деревья, реки, горные цепи и линии разрыва являются примерами фрактальных структур. Мы может наблюдать за ними с самолета или с земли, можем использовать при этом увеличительное стекло или микроскоп — в любом случае их внешний вид, в целом, остается тем же самым.
Внутри тела артерии, нейроны, кости и бронхи организованы таким же образом. А если мы будем измерять преимущественно, время, на не пространство, то мы также увидим фрактальные схемы в постоянно повторяющихся флуктуациях физиологических сигналов, включая сердечные и дыхательные ритмы, кровяное давление, мозговые волны и гормональные выделения. Вопреки вашим ожиданиям, эти флуктуации не подчинены регулярным или периодическим шаблонам, а вместо этого они демонстрируют сложный тип изменчивости, получивший название «детерминистический хаос» (deterministic chaos). Хотя эти колебания являются неравномерными, они выглядят похожими на самих себя, если наблюдать за ними в течение секунд, минут, часов или дней.
Одним из способов измерения сложности фрактальной структуры является определение ее «фрактального измерения». Фракталы демонстрируют качество, которое называется «масштабирование на основе степенного закона» (power-law scaling). Чем меньше измерительная шкала, тем больше длина объекта. Фрактальное измерение, выведенное из такого рода обратной зависимости, говорит нам о том, какое количество пространства заполняет определенный объект.
Больше пространства означает больше сложности. Так, например, относительно кустистая (более сложная) и разветвленная структура, которой обладает дерево, будет иметь более высокое фрактальное измерение, чем более узкая (менее сложная) структура.
Еще один показатель сложности, известный как «многошкальная энтропия» (multiscale entropy), обычно относится к таким процессам как изменчивость сердечных ритмов, или к изменениям положения тела, когда человек балансирует стоя. Многошкальная энтропия подсчитывает вероятность того, что измеренный шаблон будет повторяться в различные периоды времени. Шаблоны с очень низкой вероятностью повторения — к ним относится белый шум и произвольность — являются не очень сложными. Не являются сложными и шаблоны с высокой вероятностью повторения в определенный период времени, как это происходит с синусоидальным тиканье метронома. Однако шаблоны, которые, скорее всего, будут иметь общие черты в различные временные промежутки, являются более фрактальными и поэтому более сложными.
Большое и постоянно растущее количество исследований свидетельствуют о том, что биологическая сложность уменьшается по мере старения, и различные ткани и органы, а также их коммуникационные пути, постепенно разрываются. Обладающие фрактальными качествами ткани в нашем мозге, костях, почках и коже утрачивают структурную сложность по мере старения человека. Эта потеря лишает человека способности адаптироваться к стрессовой ситуации и, в конечном итоге, может привести к заболеванию или недееспособности. Так, например, когда микроскопические подпорки в ткани кожи утончаются и разрываются, как это происходит в случае остеопороза, кости становятся хрупкими и могут ломаться. Сокращенные нейронные связи в головном мозге также ассоциируются с вызываемыми старением нейродегенеративными расстройства — такими как болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Психологические процессы тоже утрачивают сложность по мере старения человека. Возьмем, к примеру, сердечный ритм. Хотя обычное количество ударов в минуту может оставаться относительно постоянным на протяжении всей жизни, небольшие изменения временного характера с возрастом становятся более регулярными (менее сложными). Многочисленные исследования связывают подобные изменения с сердечными заболеваниями и смертностью: чем проще сигнал, тем выше вероятность появления ненормального ритма, сердечного приступа и сердечной недостаточности. Кроме того, нейронная активность снижается, и то же самое происходит с моторным контролем и когнитивными функциями, включая походку, внимание и память.
Хорошая новость состоит в том, что мы, вероятно, способны замедлить потерю сложности или даже компенсировать в некоторой степени ее утрату в процессе старения. Так, например, аэробнные упражнения и тренировки с сопротивлением увеличивают сложность сердечного ритма. Китайцы практикуют гимнастику тайцзи, в которой объединены физические движения, дыхательная техника и медитация, и она имеет схожее воздействие на постуральный контроль. Когда вы стоите, вы, возможно, замечаете, что ваше тело немного покачивается, поскольку ваши мышцы делают небольшие поправки для того, чтобы сбалансировать ваше положение на ногах.
Мы можем измерить эти колебания с помощью силоизмерительной платформы, что позволит нам исчислить их сложность. Низкая сложность коррелируется с более слабым балансом, с более медленной походкой и с риском падения. Однако тайцзи, судя по всему, предоставляет противодействующее средство: в ходе недавно проведенного исследования мой коллега и я обнаружили, что 12 недель занятий тайцзи могут улучшить показатели сложности постурального раскачивания у пожилых людей, включая тех, кому уже за 90 лет. Кроме того, те люди, которые получили подобную подготовку, смогли ускорить свою походку, и поэтому они с большей вероятностью могут избежать падений.
Мы также обнаружили, что существует возможность улучшить сложность постурального контроля за счет применения очень слабой и произвольной вибрации подошв ног. Почему подобное вмешательство обеспечивает определенный эффект, пока не ясно. Возможно, такого рода вибрации, которые не ощущаются человеком, добавляют шум низкого уровня в сенсорную систему — в результате происходит ввод данных в нервные рецепторы и таким образом снижается их стимулирующий порог. Этот феномен, известный как стохастический резонанс (stochastic resonance), может повысить способность клеток собирать информацию относительно местоположения и позиции ног и реагировать на нее. В результате тело получает возможность производить более сложные — и поэтому более адаптивные — постуральные коррекции.
Существуют дополнительная выгода, которая может быть получена от поддержания сложности на социальном уровне. Проводимые исследования неизменно показывают, что наличие широкой и разнообразной социальной сети способно улучшить здоровье и самочувствие человека. В сравнении с социально изолированными индивидами такие люди живут дольше, они менее подвержены депрессии и у них больше шансов восстановиться после инфаркта, (апоплексических) ударов и других острых заболеваний. Простое добавление сложности в обыденную жизнь человека может иметь далеко идущие последствия: так, например, получение новых навыков или решение умственных задач могут помочь улучшить когнитивные функции, а также предотвратить деменцию.
Поэтому можно сказать следующее: если вы мечтаете о тихом пляже или о жизни в лесу, как ее описывал Торо, и хотите «сделать сознательный выбор и жить, сталкиваясь только с самыми необходимыми фактами», то я предлагаю вам взять на вооружение новую мантру: сложность, сложность, сложность!
Льюис Липсиц является директором Института по изучению старения центра Hebrew SeniorLife, профессором медицины Гарвардской медицинской школы, а также главой отделения геронтологии медицинского центра Beth Israel Deaconess Medical Center, где он занимается подготовкой специалистов по геронтологии. Его исследования, в основном, сфокусированы на причинах нарушения мобильности и умственных процессов, связанных со старением человека.
