H. sapiens. Этот результат поразителен, учитывая, что проверенным геномам больше тридцати тысяч лет.
10. Всякое может случитьсяТравмы мозга и их влияние на чувства
Вероятно, я ударился головой, когда попал в аварию. Такое может быть? У меня была черепно-мозговая травма? У меня галлюцинации? Я не верил в это.
Наш организм имеет щит – просто чтобы отгородиться от вредного воздействия окружающей среды. И иногда эти защитные средства и механизмы преграждают путь многим сигналам из внешнего мира, которые не проникают в тело и, следовательно, не поступают в мозг. Однако в ходе эволюционного процесса появились разнообразные способы, помогающие лучшему восприятию информации извне и точной передаче ее в мозг. Например, кожа обеспечивает защиту от пыли, грязи, микробов и других факторов окружающей среды, которые могли бы причинить нам вред, и она же первая реагирует на любое физическое взаимодействие нашего тела с внешним миром, такое как давление воздуха или удар обо что-то. Уши собирают и фильтруют звуковые волны, воздействию которых мы подвержены постоянно. Глаза получают, сортируют и передают информацию, которую несут световые волны.
Таким образом, процесс восприятия мира начинается примерно в одном и том же месте – в клетках, которые первыми реагируют на внешние раздражители. Некоторые чувства, такие как обоняние и вкус, действуют довольно просто и единообразно. Здесь задействован только один механизм первой реакции – механизм замка и ключа. Разнообразие всего того, что мы можем попробовать и понюхать, эти органы чувств воспринимают как вариации на тему. Зрение похоже на восприятие запаха и вкуса тем, что первый отклик приходит от клеточного компонента (белка, который семь раз пронизывает мембрану), очень напоминающего те, которые используются при первой реакции в ответ на запахи и вкусы. Отличие же реакции зрения заключается в том, что механизм замка и ключа не используется. Вместо этого свет попадает на клетку и выталкивает ассоциированную молекулу (ретиналь) из встроенного в клетку сетчатки рецептора опсина, и это запускает дальнейшие биохимические реакции в палочках и колбочках сетчатки. Тактильное чувство уникально, и оно задействует несколько видов клеток при первой реакции, но опять же, как только они активируются, все происходящее в этих клетках становится просто вариацией на тему, запускающей потенциал действия для мозга. Равновесие и слух также тесно связаны с тем, как клетки в этих системах действуют в первый момент. И в том и в другом случае решающее значение для первой реакции имеет изгиб маленьких ресничек, или волосков. Даже ноцицепция (боль) и температура воздействуют на первую чувствительную клетку, конечная задача которой заключается в передаче сигнала (потенциала действия) в нервную систему.
Как только потенциал действия инициируется и передается из клетки, нервная система реагирует практически одинаково для всех этих чувств. Основная задача периферической нервной системы – передача электрического потенциала действия в мозг. Каждый орган чувств имеет свои нервные пути, и поэтому сигналы поступают в самые разные части мозга. Процесс, происходящий в мозге, довольно сложен, и важно понимать, что чувства не просто проецируются на мозг потенциалом действия. На самом деле сигнал от одного источника запаха достигает нескольких областей мозга, и восприятие любого одоранта представляет собой комбинацию потенциала действия, идущего к различным частям мозга, где это восприятие и формируется при помощи мыслительных процессов. Чтобы поведать историю наших чувств, я использовал чувства животных и странные человеческие ощущения.
Есть еще один способ, который ученые применяют при исследовании работы мозга и его влияния на чувства. То, насколько разумен и пластичен наш мозг при восприятии информации от органов чувств, видно на примере людей с некоторыми черепно-мозговыми травмами: достаточно понаблюдать за их поведением после подобных травм или операций на мозге. У этого подхода даже есть название – клинико-анатомический корреляционный метод. Я уже упоминал эксперименты Уайлдера Пенфилда, проводившего операции на открытом мозге. На примерах, приведенных в этой главе, вы увидите, как смесь информации и скопление отдельных ощущений становятся восприятием.
Никто не знает, где и когда произойдет несчастный случай. Бригадир по строительству железных дорог Финеас Гейдж, проснувшись однажды сентябрьским утром 1848 года в Вермонте, и помыслить не мог, что в тот же день в результате взрыва динамита трамбовочный стержень длиной метр двадцать пробьет его череп и выйдет наружу с другой стороны. О том, как этот инцидент отразился на личности Гейджа, ходят легенды, и эта история уже обросла мифами. Когда Финеас умер, его череп сохранили и передали в медицинскую библиотеку Фрэнсиса Каунтвея в Гарварде. Череп Гейджа дает современным нейробиологам возможность проанализировать связи в мозге, которые были порваны ломом, и таким образом лучше понять воздействие травмы на те участки мозга, которые могли быть повреждены.
Да и Франц Брёндл, известный науке как Мистер Б., проснувшись майским утром 1926 года в Германии, понятия не имел, что в тот день с лихвой наглотается угарного газа, вырвавшегося из плавильного аппарата, рядом с которым он работал. Следующие несколько месяцев своей жизни он провел в больницах: из-за недостатка кислорода в мозге у него появились очень странные симптомы. Мистер Б. стал знаменитостью в среде психологов, потому что в результате того несчастного случая у него практически перестала работать кратковременная память.
А выдающийся британский музыкант и музыковед Клайв Уэринг, еще один печальный случай в психологии, проснулся мартовским днем 1986 года в довольно вялом состоянии. Он понятия не имел, что во всем виноват простой вирус герпеса: тот не только проник в его организм, но и поразил центральную нервную систему, разрушив некоторые нервные ткани. В итоге мозг Клайва потерял способность переносить события из кратковременной памяти в долговременную: он помнит все не дольше 7–30 секунд – примерно каждые 20 секунд он «просыпается» и «перезапускает» свое сознание.
И Генри Молисон (также известный как пациент Г. М.), который отправился сентябрьским днем 1953 года в больницу Хартфорда в Коннектикуте, чтобы при помощи операции избавиться от эпилепсии, не подозревал, что проснется без кратковременной памяти. Его нейрохирург, Уильям Сковилл Бичи, провел двустороннюю резекцию медиальной височной доли – операцию прямого соединения левой и правой сторон мозга, нацеленную на предотвращение эпилептических припадков.
За те двести лет, что строение мозга вызывает у человечества интерес, были изучены и описаны сотни случаев, подобных тем, что представлены на рис. 10.1. По счастливому стечению обстоятельств за последние два столетия багаж знаний нейробиологии в области функционирования мозга значительно пополнился. Французские врачи и ученые начала XIX века были одними из самых квалифицированных анатомов своего времени. Их исследования в конце 1800-х годов внесли большой вклад в науку, известную сейчас как нейроанатомия. Кроме того, французы изучали мозг пациентов со случайными (или иногда умышленными) травмами.
На научном собрании в Париже в 1861 году парижский врач Эрнест Обертен представил доклад о неудачной попытке самоубийства. Обертен был не только врачом, он интересовался работой мозга, в частности связью мозга с языком. Выстрелившего себе в голову месье Каллерье срочно доставили в больницу, где работал Обертен. Ранение было ужасным: пострадала часть черепа Каллерье, и Обертену пришлось ее удалить, в результате чего мозг обнажился. По-видимому, пока врач прилагал усилия по спасению жизни месье, тот был в сознании, потому что сохранял способность разговаривать. Затем Обертен сделал то, что век спустя сделал бы Уайлдер Пенфилд: он поместил хирургический шпатель на область мозга, которая, по его мнению, отвечала за язык и речь, и, надавливая на этот участок, попросил Каллерье говорить. В своем выступлении в Париже Обертен сказал, что речь пациента состояла тогда из «слова, которое начинало раздваиваться». Когда врач ослаблял давление, способность говорить слова нормально возвращалась к Каллерье. Обертен манипулировал частью мозга, которая имела какое-то отношение к речи. К сожалению, Каллерье не пережил событий того дня.
Рис. 10.1. Финеас Гейдж, Луи Виктор Леборн, Генри Молисон и Клайв Уэринг, срезы мозга Гейджа, Леборна и Молисона, полученные в исследовании 2015 года, проведенном де Шоттеном и его коллегами. Единственная известная фотография Леборна – это фотография его консервированного мозга в банке. В соответствии с данными де Шоттена и др. (2015)
Несколько дней спустя Поль Брока – другой французский врач, присутствовавший на том научном собрании, – посетил своего пациента по имени Луи Виктор Леборн, известного также как Тан (пытаясь говорить, он снова и снова повторял это слово). Леборн провел в больнице большую часть взрослой жизни из-за разных болезней, одна из которых привела к афазии – потере речи. Месье Тан попал под наблюдение Брока из-за гангрены ноги. Увы, врач уже ничего не мог сделать для него, и бедный Леборн умер от инфекции. Памятуя о докладе Обертена, Брока заинтересовался, почему Леборн потерял способность говорить, и при вскрытии разрезал мозг своего несчастного покойного пациента. Брока обнаружил, что мозг Леборна имел повреждение в области заднего конца одной из извилин на левой стороне – в нижней лобной извилине. Два года спустя Брока столкнулся с другим пациентом – неким месье Лелонгом, потерявшим речь после инсульта. Афазия Лелонга была подобна той, что имел Леборн. Вскоре пациент умер, и Брока принялся и за его мозг. Изучив мозг еще нескольких субъектов с аналогичной афазией, врач смог идентифицировать область мозга, которая отвечает за речь. Теперь она носит имя Брока. Через пятнадцать лет после этого немецкий доктор Карл Вернике, также изучивший множество пациентов с афазией, нашел еще одну область мозга (область Вернике), отвечающую за языковое восприятие.