И тогда он обнаружил, что у картографического анатома, оказывается, есть чувство юмора. Несмотря на то что ладонь находится ниже плеча, ладонь соматосенсорной коры – то есть область коры, которая получает сигналы из ладони, – примыкает к области, которая получает сигналы, идущие от лица. Соматосенсорное представительство гениталий располагается прямо под представительством стоп. Масштаб также не совпадает: по сравнению с соматосенсорным представительством губ торс и икры ног просто карликовые, тогда как ладони и пальцы огромны по сравнению с лилипутскими плечами и спиной. Причина этого такова: чем больше пространства коры занимает часть тела, тем она чувствительнее. Кончик языка, который занимает обширный участок на соматосенсорной коре, может чувствовать края передних зубов, а обратная сторона ладоней, у которых небольшое соматосенсорное представительство, на это не способна.
В результате открытий Бродмана, Пенфилда и других ученых большую часть XX века в неврологии придерживались следующего мнения: структурно-функциональные отношения постоянно связаны между собой от рождения. Данная точка зрения была закреплена заявлением великого испанского нейроанатома Рамона-и-Кахаля, который в 1913 году назвал мозг взрослого человека «фиксированным, окончательным, неизменным».
Вера в эту статичность была перенесена на идею о том, что определенные шаблоны активности мозга также должны быть связаны, и если они не совершенно неизменны, то как минимум постоянны. Исходя из этой точки зрения, психические заболевания, такие как депрессия, могут быть вызваны недостаточной активностью префронтальной коры и чрезмерной активностью амигдалы, а лежащая в основе этого биология так же постоянна, как отпечатки пальцев. Чтобы внести ясность, стоит сказать, что неврологи на протяжении десятилетий знали, что мозг взрослого человека способен изменяться на клеточном уровне, чтобы кодировать новые явления и навыки посредством укрепления соединений между нейронами, но это было изменение на розничном уровне, так сказать. Перемены на оптовом, массовом уровне – любые изменения в структурно-функциональных отношениях, отображенных на впечатляющей мозговой карте, – считались невозможными.
Видеть гром, слышать молнию
Возможно, вы не удивлены, что превосходная структура соматосенсорной и двигательной коры – с различием в несколько миллиметров между областью, которая ощущает палец или двигает им, и областью, которая ощущает щеку и двигает ею, – может изменяться в ответ на приобретение опыта или поведение. Но мозг способен и на большую реорганизацию. Исследования с участием слепых и глухих помогли изучить более широкие и, вероятно, более фундаментальные части нейронного доступного пространства: зрительную кору, которая занимает примерно одну треть объема мозга и располагается в задней его части; слуховую кору, которая тянется по поверхности мозга над ушами. Вы, возможно, слышали мнение о том, что слепые обладают особенно острым слухом, а у глухих особенно острое зрение – как если бы боги компенсировали им утрату. На самом деле слепые люди не слышат более тихие звуки, а глухие люди не могут замечать минимальные контрасты или видеть в более тусклом свете, тогда как слышащие люди могут. Но кое-что в идее о компенсирующих заменах действительно есть.
У людей, глухих от рождения, объекты периферийного зрения воспринимаются не только зрительной корой, но и слуховой. Позвольте мне это повторить: слуховая кора видит. Это как если бы слуховая кора, устав от вынужденного отсутствия активности, потому что не получала никаких сигналов из ушей, переквалифицировалась и теперь обрабатывает зрительные сигналы. У этого перезонирования есть практические последствия: глухие люди быстрее слышащих замечают и более отчетливо видят движение объектов при помощи периферийного зрения.
Нечто подобное происходит у людей, которые слепы с рождения или с раннего детства. У них, конечно же, не поступают никакие сигналы в зрительную кору, которая, как я упоминал, является большой частью мозга (и, как вы, возможно, думаете, которой мать-природа не позволит пропасть впустую). И она не позволяет. У слепых людей, которые овладели искусством читать с помощью шрифта Брайля, зрительная кора переключила свою деятельность на обработку тактильных сигналов, исходящих от «читающих» пальцев. Это открытие было таким неожиданным, что некоторые наиболее выдающиеся практикующие неврологи отказывались в это верить, рекомендуя журналу «Science», которому те, кто это открытие совершил, передали его на рассмотрение, отклонить статью. В конце концов журнал «Nature», конкурент «Science», опубликовал ее в апреле 1996 года.
Мозг слепых также изменяется. Когда они используют свой периферийный слух – чтобы определить источник звука, к примеру, что удается им, как правило, лучше, чем зрячим людям, – они используют зрительную кору. Их мозг претерпел то, что мы называем компенсирующей реорганизацией. В результате этого зрительная кора стала слышать. И снова Уильям Джеймс подтвердил свою способность к предвидению. За век до этих открытий, в своей книге 1892 года «Психология. Краткий курс», он задавался вопросом, что будет, если нейроны пересекутся внутри мозга. «Мы должны будем услышать молнию и увидеть гром», – предвещал Джеймс основополагающие функциональные изменения в первичной сенсорной коре мозга, которые могли появиться в результате получения опыта. Один из последних примеров того, насколько обширным может оказаться переназначение областей мозга (даже таких базовых, как первичные сенсорные), может быть таким: слепые люди используют свою зрительную кору, чтобы запоминать слова. Вербальная память не является даже первичной сенсорной способностью, но, когда зрительная кора не призвана выполнять предназначенные функции, она способна переключиться на когнитивную функцию даже более высокого порядка. (Такая активность не происходит в зрительных областях, когда зрячие люди вспоминают списки слов.) А у слепых зрительная кора еще и генерирует глаголы в ответ на существительные (например, «бросать» в ответ на «мяч»). Опять же, она не выполняет подобное у зрячих людей. Способность зрительной коры обрабатывать язык шокировала неврологов.
Чтобы резюмировать, скажу следующее. Самые ранние намеки на то, что мозг может изменяться, присваивая новую функцию области, которая изначально делала что-то другое, появились при исследованиях лабораторных животных и людей, которые были слепыми с рождения. Скептики могли бы (и они это сделали) поспорить, что это отклонения от нормы, что человеческий мозг слишком комплексный и сложный, чтобы быть таким податливым и что изменение при реакции на такие экстремальные условия, как врожденная слепота или глухота, не подразумевает изменений при нормальных обстоятельствах. Только то, что в молодости мозг очень пластичен и способен перестраиваться, чтобы компенсировать отсутствие зрения или слуха, еще не значит, что обычный мозг взрослого человека способен делать то же самое.
В главе 1 я упоминал отличный эксперимент «виртуальный пианист», во время которого Паскаль-Леон и его коллеги обнаружили, что, если человек просто представляет, что играет на пианино, это расширяет область его двигательной коры, отвечающей за движения пальцев. Паскаль-Леон провел другой эксперимент, который добрался до сути возражений о возможности нормального мозга взрослого человека изменяться. Он хотел узнать, могут ли первичные сенсорные области (предположительно связанные так строго и неизменно, насколько это возможно) быть податливыми не только у людей, которые слепы или глухи от рождения (у них подобная пластичность может быть объяснена имеющимся отклонением), но и у зрячих и слышащих людей.
Паскаль-Леон провел опыт, который назвал экспериментом с повязкой на глазах. Он и его коллеги набрали группу здоровых добровольцев, те должны были провести пять дней в безопасной спокойной обстановке в медицинском центре «Beth Israel Deaconess» в Бостоне. Все это время они должны были находиться с завязанными глазами двадцать четыре часа в сутки. До того как надеть повязки (которые были оснащены фотопленкой по нижнему краю, чтобы, если доброволец тайком ее поднимет, пленка засветилась и его выдала), добровольцы подвергались ФМРТ-сканированию, чтобы задокументировать шаблоны активности их мозга. Все прошло, как и ожидалось: когда доброволец смотрел на что-то, активность в его зрительной коре возрастала, а когда он слышал звук или к чему-нибудь прикасался, возрастала активность в слуховой коре.
Затем добровольцы провели пять дней с завязанными глазами. Чтобы они не умерли от скуки, ученые предложили им проводить время за двумя усиливающими чувствительность занятиями: обучением шрифту Брайля и улучшением настройки слуха. Шрифт Брайля, как вы помните, состоит из узора выпуклых точек, по которым вы пробегаете кончиками «читающих» пальцев (обычно один или оба указательных пальца), давая им интенсивную тактильную нагрузку. В задании для слуха доброволец слышал пару звуков через наушники и должен был определить, какой из них выше. Это довольно легко сделать, когда один звук как баритон, а второй как сопрано, но гораздо тяжелее, когда звуки имеют близкую частоту. После пяти дней таких упражнений без визуальной входящей информации для глаз и зрительной коры испытуемые снова проходили МРТ-сканирование.
На этот раз, если добровольцы что-либо чувствовали своими пальцами, активность в их зрительной коре возрастала. Когда они что-то слышали, активность в их зрительной коре также возрастала. Зрительная кора должна иметь дело только со зрением, но после всего лишь пяти дней необычных сенсорных условий – ничего не видеть, но подвергаться интенсивной слуховой и тактильной стимуляции – предположительно неизменно связанная со своими функциями зрительная кора переключилась на другую деятельность, обрабатывая звуки и прикосновения. Это показало, что такая радикальная смена функции может проявляться не только у людей, которые слепы с рождения (у них это можно списать на несоответствие здоровому мозгу или на то, что для такого развития потребовались десятилетия), но также у людей с нормальным зрением – и в течение всего лишь пяти дней. Если зрительная кора, которая кажется чем-то наиболее строго установленным из всех частей мозга, может так быстро изменять свои функции в результате сенсорного ввода данных и сенсорной депривации, значит, действительно пришло время задаться вопросом: так уж ли многое в мозге на самом деле фиксировано и неизменно?