и какое положение по отношению к туловищу занимают кисть и предплечье. Если перечислить все вычисления, необходимые лишь для того, чтобы поймать мяч, цифра покажется астрономической. И если мы надеемся поймать мяч, они должны быть произведены за какую-то долю секунды. Такие же сложные вычисления требуются для управления автомобилем или для защиты от нападения.
В теменной доле есть несколько важнейших карт, участвующих в осуществлении движений и решении задач такого рода. Они не являются исключительно двигательными или сенсорными; они сочетают и сопоставляют тактильную, зрительную и слуховую информацию о положении тела и о пространстве вокруг тела, куда может быть направлено движение. Например, у обезьян и человека именно теменная зона участвует в защите лица. В данном случае информация о тактильных ощущениях в области лица сочетается со зрительной информацией о находящихся около лица предметах, так что в этой области сосуществуют карты лица (для тактильной информации) и сетчатки (для зрительной информации). Эти карты хорошо подготовлены для определения того, откуда приближается мяч, если он стремительно летит вам в нос, и для помощи моторной коре в определении того, куда и как следует отклониться или как закрыть лицо[119].
В теменной коре расположены и многие другие удивительные карты. Например, зрительная карта перекрывается с тактильной картой всего тела за исключением лица и рук. Эти карты сочетаются осмысленным образом, так что тактильная информация от ног и стоп перекрывается со зрительной информацией из нижней части поля зрения, ниже того пространства, куда направлен взгляд. Аналогичным образом предметы, которые мы чувствуем ногами или стопами, поначалу присутствуют в нижней части поля зрения, пока мы не переведем взгляд, чтобы посмотреть непосредственно туда.
Другие теменные зоны отводятся рукам и плечам. Один такой участок отвечает за вытягивание руки, а другой – за хватательное движение, тогда как участок между ними, по-видимому, участвует в обоих движениях[120]. Например, участок, отвечающий за вытягивание руки, должен учитывать зрительную информацию о расположении предмета и траекторию движения для физического действия[121].
Что мы имеем в виду, когда говорим, что карты для разной сенсорной информации перекрываются? Простейший ответ таков: нейроны в этой области карты получают информацию и реагируют на информацию от нескольких органов чувств. Однако они могут делать это по-разному. Некоторые нейроны теменной области имеют рецептивные поля, которые согласованно отображают сигналы из нескольких систем координат. Другие имеют рецептивные поля в одной системе координат (скажем, пространственное расположение по отношению к направлению взгляда), но интенсивность ответа этих нейронов усиливается или ослабляется информацией из другой системы координат, такой как положение руки в текущий момент времени[122]. Благодаря уникальным рецептивным полям и связи между нейронами на теменных картах эти нейроны комбинируют и сопоставляют разрозненные фрагменты информации о разных частях тела. Согласованная активность нейронов на этих специализированных картах позволяет мгновенно, без усилий и более или менее точно осуществить труднейшие вычисления по захвату летящего в лицо мяча.
Чтобы оценить важность интеграции этих модальностей и систем координат, стоит посмотреть, что происходит с людьми в результате повреждения теменной коры[123]. Повреждение одного участка коры лишает людей возможности использовать зрительную информацию для контроля движений предплечий и кистей рук; такие пациенты могут видеть и называть находящиеся перед ними предметы, но не могут до них дотронуться или взять их в руки. Повреждение других участков нарушает способность переводить взгляд на цель или отслеживать движение собственных конечностей в пространстве. А некоторые пациенты перестают воспринимать пространство (со всем, что в нем находится) с одной стороны тела.
Сложным и важным картам теменной коры, по-видимому, нельзя дать однозначных определений. Их называли зрительными картами, мультисенсорными картами, картами пространственного внимания или двигательными картами. Их можно рассматривать в качестве пространственных карт, отображающих расположение окружающих предметов, имеющих поведенческое значение. Чаще всего мы обращаем внимание на предметы и людей, на которые мы с наибольшей вероятностью влияем или с которыми взаимодействуем. Внимание к какому-то предмету в пространстве позволяет следить за ним и при необходимости подготовить специфическое направленное действие к нему или от него. Если я еду на машине по дороге за велосипедистом, я внимательно слежу за ним при обгоне. Внимание позволяет мне среагировать, если он неожиданно вихляет. Концентрация внимания на велосипедисте в контексте окружающего пространства позволяет быстро принять решение, как реагировать, например, как вести машину, чтобы избежать соударения. Короче говоря, внимание выделяет участки пространства для потенциально возможного действия.
Некоторые исследователи описывали карты теменной области в качестве карт намерения[124], подразумевая, что они отображают пространство, в котором мы с определенной вероятностью предпримем действие, направленное на какой-то предмет. На самом деле между этими концепциями очень небольшое расхождение. Различие между потенциально возможным действием, намеренным действием и инициацией физического действия может быть лишь вопросом степени нашей вовлеченности в процесс, по крайней мере в отношении отображения в теменной коре.
Теперь мы знаем, что теменная кора не отвечает непосредственно за выполнение движения. Она посылает сигналы моторной коре в лобной доле, которая, в свою очередь, генерирует физическое движение. Ученые изучали этот процесс на животных путем стимуляции участков теменной коры, которые обычно заставляют выполнять движения. Но при временном отключении моторной коры животного с помощью химических веществ или изменения температуры стимуляция теменной коры больше не вызывала движений[125].
Все эти данные помогают понять, что происходило с пациенткой с непослушной рукой после перенесенного инсульта. Симптомы синдрома чужой руки удивляют и сбивают с толку по той причине, что движения пораженной руки кажутся намеренными, но эти намерения как бы исходят не от того человека, которому принадлежит рука. Последствия инсульта у той женщины казались бы менее странными, если бы рука была парализована, ослаблена или совершала судорожные движения. Но движения руки были координированы и точны в преследовании определенной цели – в данном случае носового платка.
Теменная кора сопоставляет и связывает информацию о цели возможных действий, однако вызвать физическое движение она может только при помощи моторной коры. При поражении правой части теменной коры правая часть моторной коры не получает должной информации о преднамеренных движениях в пространстве. История другого пациента позволяет предположить, что при синдроме чужой руки моторная кора ведет себя неправильно[126]. Без контроля над намеренными движениями со стороны теменной коры правая моторная кора может получать неполную информацию из других частей мозга и запускать неправильные действия. Наша пациентка намеревалась взять платок правой рукой, и ее левая теменная кора отправляла правильный сигнал левой моторной коре, вызывая движения правой руки. Однако ее правая моторная кора, лишенная контроля со стороны поврежденной правой теменной коры, следовала тем же инструкциям, заставляя левую руку тоже хвататься за платок. В результате произошла война намерений между двумя руками, контролируемыми двумя полушариями мозга: одна функционировала так, как следует, а другая вышла из повиновения.
Особенности карт и зон моторной и теменной коры наводят на несколько мыслей. Отображение движения мозгом осуществляется в соответствии с рядом параметров: в зависимости от типа движения, задействованных частей тела и места в пространстве, в котором происходит движение к чему-то или от чего-то. Увеличение на картах указывает на особую важность ключевых частей тела, таких как кисти рук, которые мы чаще всего используем для реализации намерений. Кроме того, двигательные карты показывают, насколько велико значение цели любого действия. Движение производится с какой-то целью – ухватить желаемый предмет, справиться с врагом или достичь точки назначения, и от результата может зависеть выживание. Все остальное – системы координат, координация и бесконечные вычисления – просто встроено в карты и функционирует тихо и незаметно, обеспечивая возможность каждого нашего действия.
Формируются ли наши двигательные карты по той причине, что мы движемся определенным образом, или мы движемся определенным образом, поскольку у нас уже существуют двигательные карты? Или, если ставить вопрос шире: наши карты формируют нас или это мы формируем карты? Ответы на эти вопросы выявляют значение раннего жизненного опыта и среды в развитии мозга и искажении его карт. Этот опыт может иметь как положительные, так и отрицательные последствия для здоровья человека и его способности воспринимать или двигаться на протяжении всей жизни.
7 Составление карт: как карты развиваются и адаптируются
К арты вашего мозга начали формироваться тогда, когда вы были всего лишь группой клеток, которые складывались, как мокрое оригами. Клетки делились, перемещались, группировались и приобретали свои характерные особенности в качестве предшественников разных частей тела, обладателем которых вы стали в один прекрасный день. Зарождающийся мозг формировался на верхушке зарождавшегося спинного мозга. Закладывались структуры нервной системы. Новорожденные клетки покидали р