Это направление было новаторским. В то время почти никто цитоархитектоникой не занимался. Чтобы изучать расположение клеток мозга, Бродману пришлось самостоятельно сконструировать подходящий микроскоп, научиться делать тончайшие срезы мозга, окрашивать их и фотографировать результаты. Микрофотографии Бродмана до сих пор удивляют качеством и детальностью. Ими вполне можно иллюстрировать и современный учебник.
Во времена Бродмана большинство исследователей считали, что функции мозга четко закреплены за конкретными участками коры. Но Бродман предполагал, что нейроны образуют пусть сложную и разветвленную, но все-таки единую сеть. Он считал, что мозг добивается выполнения очень сложных задач, активируя разные участки нейронной сети в различных комбинациях. Теперь мы точно знаем, что нейросети существуют – Бродман был прав.
Бродман исследовал не только человеческий мозг. В процессе исследований он изготовил срезы головного мозга 64 видов позвоночных животных и тщательно их описал. В итоге у него накопилось множество данных, позволивших увидеть в расположении клеток мозга закономерности, общие для животных и людей.
Сопоставив эти данные, Бродман выявил и описал различия в участках складчатой поверхности мозга, которые мы сегодня знаем под именами моторной, префронтальной, зрительной и обонятельной коры. На основании этих чисто анатомических данных он и создал первую в истории карту коры головного мозга, но какие функции выполняли ее участки, которые анатомически отличались друг от друга, он не знал.
Как и многие амбициозные исследователи, Бродман не хотел ограничиваться только анатомическим описанием участков коры. Он мечтал разобраться, за что они отвечают и какими функциями управляют. К сожалению, для изучения функций головного мозга в то время было мало технических возможностей.
Тем не менее у Бродмана уже имелись данные нескольких исследований по электрической стимуляции разных участков головного мозга животных, подтверждавшие, что чисто анатомические участки, которые ему удалось обнаружить, действительно выполняют различные задачи.
Например, Бродман описал центральную область номер 4 коры головного мозга, которая делит мозг на переднюю и заднюю половинки, словно дуга от наушников или ободок. Сегодня ее называют зоной Бродмана.
Из исследований по электрической стимуляции мозга у обезьян уже было известно, что воздействие на зону Бродмана провоцирует движения тела у животных [83].
Тогда Бродман сделал следующий шаг – сопоставил строение области 4 у людей и обезьян. Он пришел к выводу, что, хоть у людей область 4 меньше и устроена немного иначе, она так похожа на обезьянью, что, скорее всего, тоже отвечает за движение.
Этот факт оказался весомым аргументом не только в пользу того, что в мозге есть специализированные участки, но и подтвердил, что моторная кора, открытая Фричем и Хитцигом, действительно существует. Правда, исследований по электростимуляции коры головного мозга у людей тогда еще было маловато, поэтому делать на их основе точные выводы было нельзя.
Зона Бродмана
Как это обычно и бывает, столь радикальные идеи не сразу приняли в научном сообществе. К тому же в Берлинском университете у Фогта и Бродмана завелся личный враг – влиятельный исследователь Пауль Флексиг. Он искренне считал друзей выскочками, а их работы – не стоящими внимания. К сожалению, в 1913 году Флексигу удалось поссорить друзей, и Бродман покинул Берлин.
Затем началась Первая мировая война. Бродман пошел работать врачом в полевом госпитале – лечить солдат с черепно-мозговой травмой. После войны он нашел работу в психиатрической лечебнице Нитлебена и получил предложение возглавить отделение топографической анатомии в Институте неврологии в Мюнхене, но вернуться к научной работе не успел. Исследователя убила чума XX века – испанский грипп.
Бродман опередил свое время как минимум на сто лет. Сегодня концепция нейронных сетей считается общепринятой, а современные специалисты по нейровизуализации активно изучают ее при помощи аппаратов для функциональной магнитно-резонансной и позитронно-эмиссионной томографии. Вполне может быть, что если бы Бродман не умер на пике карьеры в 1918 году, концепция нейронных сетей вошла бы в нашу жизнь еще до Второй мировой войны.
Уайлдер Грейвс Пенфилд родился в 1891 году в Спокане [84], городке на северо-западе США, но прославился как нейроученый, только когда переехал в Канаду. История жизни этого человека захватывает дух. Не только потому, что она интересна сама по себе, а еще и потому, что на ее примере хорошо видно: ни одно открытие не берется из ниоткуда. Если бы Пенфилд не учился всю свою жизнь, шаг за шагом приближаясь к открытию, мы так и не дождались бы появления кортикального гомункулуса.
Уайлдер Пенфилд принадлежал к старой врачебной династии: докторами были и его отец, и дед. Правда, отношения у родителей были напряженные, и в конце концов отец и мать разъехались. Медицинская практика отца сложилась не слишком удачно, поэтому, выбирая карьеру, молодой человек поставил медицину в конце списка.
Поначалу Пенфилд сделал ставку на американский футбол. Он поступил в Принстонский университет, где стал выдающимся игроком, а затем и тренером. Но на молодого футболиста обратил внимание преподаватель биологии. Профессору Конклину[7] удалось заинтересовать юношу науками о жизни, и тот все-таки решил посвятить себя медицине.
В конце концов Пенфилд поступил в Оксфорд. Ему крупно повезло: в то время там читал курс по физиологии млекопитающих нобелевский лауреат, британский нейробиолог Чарльз Скотт Шеррингтон.
Фундаментальные биологические знания очень пригодились Пенфилду, когда он начал планировать собственные эксперименты. Но доучиться Пенфилд не успел – началась Первая мировая война.
Молодой доктор решил устроиться в больницу французского Красного Креста, но корабль, на котором он плыл во Францию, торпедировали немцы.
Пенфилду снова повезло: он взлетел высоко в воздух, но удачно приземлился на обломки и выжил, хоть и повредил колено. Несмотря на травму, Пенфилд помогал эвакуировать других пассажиров, но на этом его военная карьера закончилась.
Пенфилд вернулся в Оксфорд, успешно доучился, женился и в 1918 году поступил на работу в больницу Питера Бента Бригама[8] в Бостоне. В то время пост главного хирурга этой больницы занимал Харви Кушинг[9], которого по праву называют отцом современной нейрохирургии.
До Кушинга человек с опухолью мозга был обречен. После того как он разработал передовые методы хирургических операций, опухоль мозга перестала быть смертным приговором как минимум в Бостоне.
За свою жизнь Кушинг провел больше 2000 операций по поводу опухолей мозга, причем многим пациентам эти вмешательства добавили несколько лет здоровой жизни.
Знакомство с Кушингом укрепило желание Пенфилда посвятить себя исследованиям головного мозга, но прежде чем стать нейрохирургом, ему пришлось еще долго учиться. Чтобы продолжить образование, Пенфилд отправился в Нью-Йорк. В 1924 году хирург-патологоанатом Уильям Кларк предложил ему первую исследовательскую работу: нужно было изучать процесс заживления ран в головном мозге у экспериментальных животных.
Пенфилд должен был делать срезы мозга на разных этапах заживления, исследовать их под микроскопом и описывать, что именно в них изменилось. Но у него не получилось: на срезах ничего не было видно. К счастью, Пенфилд вспомнил, что Чарльз Шеррингтон[10] рассказывал о новых методах окрашивания мозга, которые разработали испанские ученые, и решил отправиться учиться в Мадрид.
В Мадриде Пенфилд стал учеником Пио дель Рио-Ортеги – испанского нейробиолога, первооткрывателя микроглии – иммунных клеток, которые патрулируют головной мозг и помогают образовываться новым связям между нервными клетками. Сам Рио-Ортега когда-то учился у отца нейробиологии, самого Сантьяго Рамон-и-Кахаля.
Хотя подружиться исследователям так и не удалось, Рио-Ортега научил Пенфилда окрашивать срезы мозга при помощи сублиматного метода импрегнации [85]. Для этого сначала нужно было сделать тонкий срез ткани мозга, а затем пропитать его раствором солей драгоценных металлов.
Сантьяго Рамон-и-Кахаль – лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1906 года. Он получил ее в том числе и потому, что доказал: все нейроны объединены в цепи, передающие возбуждение от одной клетки к другой.
Участки ткани, в которых металл восстанавливается из раствора соли, приобретают черный или бурый цвет. Рамон-и-Кахаль использовал соли золота, а Рио-Ортега предпочитал соли серебра. И то и другое позволяет выявить устройство клеток мозга в самых мельчайших деталях.
Полученные навыки многое дали исследователю. Как писал об этом сам Пенфилд: «Благодаря анатомическим навыкам, полученным в Мадриде, я смог выработать собственный фундаментальный научный подход к проблемам нейрохирургии. И я страстно желал применить его ко всей области клинической неврологии».
Пенфилду не терпелось применить полученный опыт на практике. Вернувшись в Нью-Йорк, вместе с молодым ученым из Айовы Уильямом Верноном Коном он основал лабораторию нейроцитологии, которая занималась изучением клеток мозга. Исследователи оставались коллегами и близкими друзьями до смерти Кона в 1959 году.
Вскоре Пенфилд и Кон перенесли лабораторию в Королевскую больницу Виктории в Канаде и решили не только продолжить исследования, но и заняться нейрохирургической практикой. В то время нейрохирурги активно учились лечить эпилепсию [86]. При этой хронической болезни в некоторых участках мозга человека возникает неконтролируемая электрическая активность, которая провоцирует судороги. Но если удавалось хи