В этом контексте, если считать, что нормальное функционирование человеческого мозга основано на крохотных нейронных электромагнитных полях, легко предположить, что создаваемые людьми магнитные поля, такие как поля МРТ, могут оказывать значительное воздействие на нашу ментальную активность. Вообще говоря, создаваемые этими устройствами магнитные поля в триллионы раз сильнее полей нашего мозга.
Одна из причин, почему ни магнитное поле Земли, ни большинство полей МРТ не влияют на наш мозг, заключается в том, что оба типа полей являются статическими и поэтому не могут заставить нейроны возбуждаться и создавать электрические импульсы. А переменные градиентные магнитные поля МРТ изменяются с гораздо более высокой частотой, чем низкочастотные (0–100 Гц) электрические сигналы, распространяющиеся в мозге. Иными словами, человеческий мозг в основном нечувствителен к большинству магнитных полей, существующих в природе или созданных искусственным путем. Тем не менее под влиянием полей, создаваемых аппаратами для магнитно-резонансной томографии, некоторые пациенты сообщают о незначительных неврологических эффектах, таких как головокружение или металлический привкус во рту. Если подвергнуть людей воздействию гораздо более сильных полей, чем те, что создаются такими аппаратами, возможно, эти эффекты усилятся и проявятся какие-то другие.
Новые доказательства влияния нейромагнитных полей на функционирование мозга появились благодаря созданию технологии транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). Если на голове пациента закрепить проводящую металлическую катушку специфической формы и пропустить через нее электрический ток, возникающие низкочастотные магнитные поля могут как индуцировать возбуждение нейронов коры, так и ингибировать его. И поэтому применение транскраниальной магнитной стимуляции в разных участках мозга способно вызывать длинный и все растущий список нейрофизиологических и поведенческих реакций.
Кроме синхронизации на уровне сетей нейронов, нейронные магнитные поля оказывают еще одно действие, о котором до последнего времени почти ничего не было известно. Рисунок 5.3 показывает, что мозг можно рассматривать в качестве многослойной структуры, работающей путем тесной интеграции многих уровней обработки информации — от атомного/квантового уровня до уровня молекул, генов, химических реакций, клеточных органелл, клеток и сетей нейронов. Для правильной работы мозг должен обеспечивать идеальную синхронность информационных потоков между этими уровнями, связанными множественными петлями с упреждающей и обратной связью. Каждый уровень — это открытая система, и взаимодействия между ними, скорее всего, являются нелинейными и даже попросту не поддающимися вычислению, что означает, что они не могут быть опосредованы одними лишь алгоритмическими и (или) цифровыми процессами. Интеграция всех этих уровней обработки информации в единую операционную единицу достигается только через аналоговый сигнал, способный вызывать эффект на всех уровнях разрешения одновременно. Электромагнитные поля соответствуют этому строгому требованию. Таким образом, электромагнитные сигналы нейронов обеспечивают работу мозга в качестве интегральной вычислительной системы, опосредуя функцию и обмен информацией между всеми уровнями ее обработки — от квантового уровня до сетей нейронов.
Рис. 5.3. Разные уровни организации мозга, на которые электромагнитные поля нейронов могут оказывать прямое и одновременное воздействие (рисунок Кустодио Роса).
В целом релятивистская теория мозга пытается учесть различные наблюдения, выходящие за пределы возможностей интерпретации в рамках традиционных теорий нейробиологии, таких как классическая модель зрения с упреждающей связью, предложенная Дэвидом Хьюбелом и Торстеном Визелем. Например, вводя понятие собственной точки зрения мозга, релятивистская теория мозга дает физиологическое объяснение тех наблюдений, которые привели к формулировке принципа контекста. Теория предполагает, что у животных в разных поведенческих состояниях (под наркозом, бодрствующих и полностью подвижных или бодрствующих, но обездвиженных) наблюдается разное динамическое состояние мозга. И по этой причине «собственная точка зрения мозга» очень сильно различается у животных под наркозом, у которых она фактически отсутствует, и у животных, активно вовлеченных в анализ окружающего пространства, у которых собственная точка зрения мозга выражена в полной мере. Поскольку ответ мозга на один и тот же сенсорный стимул зависит от сравнения входящего сенсорного потока с существующей у мозга собственной моделью мира, вызванные сенсорными стимулами реакции должны в значительной степени различаться в состоянии под наркозом или в полном бодрствовании/подвижности. Именно это и наблюдается в самых разных экспериментах на животных, затрагивающих тактильные, вкусовые, слуховые, зрительные и обонятельные системы. И то же самое должно быть справедливо для людей в разном эмоциональном состоянии. Например, хорошо известно, что иногда во время боя солдаты временно не испытывают боли, которая в нормальной ситуации была бы мучительной и невыносимой.
Вообще говоря, пример боли хорошо иллюстрирует идею о том, что сложный мыслительный опыт может создаваться за счет взаимодействия электромагнитных полей нейронов, описывающих ментальное пространство. Хотя уже идентифицированы нейроны, связанные с разными аспектами ноцицепции (т. е. обработки информации, связанной с болью), мы еще не понимаем, каким образом действие дистрибутивных сетей нейронов многих кортикальных и субкортикальных структур создает сложное интегральное ощущение боли (с учетом разнообразных факторов, включая спектр эмоций). Например, не удается выявить полный спектр связанных с болью ощущений и эмоций путем электрической стимуляции какого-либо отдельного участка коры, который, как было показано, участвует в возникновении боли.
В соответствии с релятивистской теорией мозга, сложность в идентификации конкретного источника болевого ощущения объясняется тем, что боль или любая другая сложная ментальная или когнитивная функция возникает в результате взаимодействий нейронов, распределенных на обширном участке нервной ткани, и созданных ими электромагнитных полей. В рамках релятивистской терминологии ощущение боли зависит от сочетания многих факторов (локализации и интенсивности боли, воспоминаний о предыдущих ноцицептивных стимулах и эмоционального состояния). Таким образом, предполагая, что боль возникает в аналоговом элементе мозга под действием цифровых сигналов нейронов и мнемонических образов, объединяющихся и создающих специфические электромагнитные поля, мы можем идентифицировать механизм, посредством которого эмоциональные, контекстуальные и исторические факторы играют столь важную роль в модуляции входящих ноцицептивных сигналов с периферии тела, и определить, почему одни и те же ноцицептивные сигналы не всегда вызывают одинаковые субъективные ощущения боли.
Другие клинические данные также подтверждают существование аналогового компонента в мозговых процессах. Например, интересный ряд явлений, известных как расстройства схемы тела, согласуется с релятивистской теорией мозга и возможной физиологической ролью электромагнитных полей нейронов. Самое известное явление из этого ряда — ощущение фантомной конечности, уже описанное в главе 3. Это часто наблюдаемое явление, при котором потерявшие конечность пациенты продолжают ощущать ее присутствие. После ампутации большинство людей не только чувствуют отсутствующую конечность, но и сообщают о мучительных болях в конечности, которой больше нет.
В процессе работы над проектом «Снова ходить» я вновь столкнулся с явлением фантомной конечности. Все пациенты с параличом нижних конечностей, участвовавшие в нашей программе упражнений, испытывали фантомные ощущения в нижней части тела после начала обучения использованию интерфейса «мозг-машина» для контроля движений ног виртуального футболиста. На первой фазе упражнений пациенты погружались в виртуальную реальность, что позволяло им с помощью электроэнцефалической активности управлять движениями виртуального футболиста, получая синхронизированные зрительные и тактильные сигналы, описывающие виртуальную прогулку по футбольному полю. Зрительная обратная связь осуществлялась через очки виртуальной реальности, а тактильная информация, отражающая момент соприкосновения ноги футболиста с поверхностью земли, поступала за счет стимуляции кожи предплечий. При взаимодействии с этим интерфейсом «мозг-машина» и источником виртуальной реальности все пациенты вновь испытывали отчетливое ощущение владения собственными ногами. Они сообщали, что чувствовали, как ноги движутся и касаются земли, хотя их ноги оставались парализованными, а двигались лишь ноги виртуального игрока. Для нас это было большим сюрпризом, учитывая, что описанное тактильное ощущение передавалось через предплечье пациента. Каким-то образом, наблюдая за перемещением виртуального игрока по виртуальному футбольному полю и испытывая на предплечье тактильный стимул, соответствующий контакту ноги виртуального игрока с поверхностью земли, мозг парализованных пациентов генерировал живое фантомное ощущение. В некоторых случаях это ощущение вызывало у наших пациентов слезы из-за эмоционального переживания того, что они словно вновь передвигаются на собственных ногах.
Существует и проблема иного рода, когда пациенты с когнитивным дефицитом навыков высокого порядка, так называемым односторонним пространственным игнорированием, не способны ориентироваться и действовать в пространстве, локализованном со стороны, противоположной поврежденной стороне теменной доли. Одностороннее пространственное игнорирование чаще всего наблюдается у пациентов с обширными повреждениями коры правого полушария. После обширного инсульта или травматического повреждения теменных областей с правой стороны пациенты не узнают левую сторону собственного тела и внешнего пространства. Жертв такого поражения легко распознать, поскольку они оставляют левую сторону тела неодетой и неухоженной. Кроме того, если их просят пройти через длинный коридор, повернуть налево и войти в дверь, такие люди обычно проходят чуть дальше вперед, поворачивают направо, а затем, когда достигают нужной двери, вновь поворачивают направо, чтобы выполнить инструкцию. Если их просят нарисовать часы, висящие перед ними на стене, такие пациенты изображ