[321] препарат для невосприимчивых к лечению пациентов» [66]. Учитывая повторяющиеся циклы подъемов и спадов, которые характерны для медикаментозного лечения психических заболеваний, через несколько лет мы, возможно, взглянем на это менее оптимистично.
Поразительно, что, несмотря на сильное изменение общественных взглядов на психическое здоровье, большой объем финансирования, выделяемого на такие исследования, и растущее число ученых и врачей, занимающихся поиском причин проблем психического здоровья и потенциальных решений, общее облегчение страданий, испытываемых пациентами, по-видимому, было минимальным. Томас Инсель, возглавлявший NIMH с 2002 по 2015 год, недавно признал это:
«Я провел 13 лет в NIMH, действительно продвигая нейробиологию и генетику психических расстройств. И когда я оглядываюсь назад, то понимаю, что, хотя думаю, что мне удалось получить много действительно крутых работ, опубликованных крутыми учеными с довольно большими затратами – наверное, 20 миллиардов долларов, – не думаю, что мы достигли чего-то в вопросе сокращения числа самоубийств и госпитализаций, улучшении здоровья десятков миллионов людей, страдающих психическими заболеваниями» [67].
Не знаю, что тут сказать. Все еще неизвестно, как работает здоровый мозг и разум, поэтому неудивительно, что мы не в состоянии эффективно повлиять ситуацию, когда что-то идет не так. Такие исследователи, как я, работающие над феноменами, далекими от расстройств психического здоровья, могут лишь признать существование огромного разрыва между фундаментальными знаниями о функционировании человеческого мозга и отдаленными перспективами любого эффективного метода лечения, а затем вернуться к повседневной работе (в моем случае к изучению обоняния личинки). Но для врачей, столкнувшихся с кем-то в отчаянной нужде, или, прежде всего, для пациентов и их семей (я являюсь членом такой семьи) все далеко не просто. Срочно требуется действенная и безопасная терапия. Если смотреть правде в глаза, то отсутствие научного понимания принципов действия препарата или метода лечения было бы совершенно неважно до тех пор, пока эти препараты и методы действительно помогают.
14Локализация. 1950-е – настоящее время
На протяжении долгого пути познания и поисков понимания мозга рефреном звучало утверждение, что конкретные функции локализованы в определенных частях нервной системы[322]. Сначала эта идея существовала лишь на уровне предположений – наиболее ранними письменными свидетельствами подобных представлений являются различные версии локализации желудочков, которые были популярны в Европе в течение тысячи лет вплоть до XVI–XVII веков. Френологи начала XIX века усматривали десятки смутных психологических или поведенческих черт в выпуклостях черепа, а затем в воображаемых «органах» мозга. Начиная с середины XIX века стали находить убедительные доказательства локализации отдельных функций, например речевого и двигательного контроля, но пока еще было недостаточно аргументов в пользу распределения высших умственных способностей по специальным областям мозга. Ученым не хватало способов измерения мозговой активности во время выполнения психологической или поведенческой задачи.
Создание методов регистрации электрофизиологической активности сначала всего мозга – электроэнцефалограммы (ЭЭГ), первоначально разработанной Бергером в 1920-х годах, – а затем отдельных его областей и, в конечном счете, клеток, не решила проблемы. Данные методы были либо слишком общими, как ЭЭГ, либо чрезвычайно специфичными, сообщавшими только о том, как реагирует выбранный небольшой участкок мозга.
Чтобы достичь большей определенности относительно уникальной роли конкретной области в данном процессе, исследователям нужен был метод, который бы оценивал общую меру активности и одновременно выявлял изменения на локальном уровне. Этого удалось достичь в начале 1990-х годов, когда новая техника визуализации мозга породила целую лавину исследований, изменивших современное представление о мозге [1].
Самые ранние разработки в области визуализации мозга были сосредоточены на анатомии.
Компьютерная томография представляет собой рентгеновские изображения головы.
Компьютерная томография (КТ) получила широкое распространение в 1970-х годах и представляла собой получение нескольких (послойных) рентгеновских изображений головы пациента. Компьютерный томограф был создан в 1960-х годах британским инженером-электриком Годфри Хаунсфилдом (знакомый Хаунсфилда Аллан Кормак в Южной Африке занимался теоретической работой в том же направлении[323]). Сканер впервые был использован в 1971 году для получения изображения мозга пациентки с подозрением на опухоль лобной доли. Когда хирург в конце концов прооперировал ее, он сказал, что то, что он нашел, выглядело «точно как на картинке» [2]. Новый подход, основанный на растущей доступности компьютеров для выполнения необходимых вычислений и получения изображения, быстро трансформировал диагностику физических патологий мозга, и в 1979 году Хаунсфилд и Кормак были совместно удостоены Нобелевской премии за свое изобретение.
Компьютерный томограф был создан в 1960-х годах.
Компьютерная томография, как и простые рентгеновские снимки, выявляет структуру на довольно грубом уровне[324] и не дает прямой информации о функциях. Все изменилось с развитием позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), появившейся в середине 1970-х годов благодаря работам Маркуса Райхла, Майкла Фелпса и Майкла Тер-Погосяна[325]. Этот метод диагностики измерял метаболическую активность в определенной области мозга путем введения слабого радиоактивного индикатора (трассера), такого как вода с радиоактивным изотопом кислорода. Быстро распадающиеся изотопы, используемые в ПЭТ, приводят к излучению гамма-лучей, которые затем можно увидеть [3]. Поскольку эти радиоизотопы быстро интегрируются в нормальную метаболическую активность мозга, в 1988 году Райхл и его коллеги смогли использовать ПЭТ, чтобы показать локальные изменения в активности мозга, когда испытуемые слышали слова [4]. Одна из статей, опубликованная исследователями в 1988 году, получила название, в котором фактически излагался новый подход в их работе, – «Локализация когнитивных операций в человеческом мозге».
Тем не менее ПЭТ-сканирование оставалось слишком медленным и неточным для того, чтобы ученые могли установить четкие связи между структурой мозга и тонкими психологическими функциями. Кроме того, метод подразумевал введение инъекций радиоизотопов, ограничивающих его привлекательность. Решающий прорыв произошел с появлением самой влиятельной технологии визуализации мозга – функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ)[326], которая измеряет поведение атомов в сильном магнитном поле и в настоящее время является доминирующей формой визуализации. В 1991 году Джек Белливо и его коллеги опубликовали статью в журнале Science, описывающую изменения кровотока в зрительной коре во время визуальной стимуляции. В качестве обложки выпуска (для ученого это важное событие!) была выбрана эффектная иллюстрация, представлявшая собой сгенерированное компьютером изображение головы (вид сзади) в оттенках серого. Затылочная часть головы была вскрыта, и читатели могли видеть обнаженную поверхность мозга с небольшими областями красного и желтого цвета, где было обнаружено изменение кровотока.
Публикация вызвала необычайный резонанс, как и надеялись исследователи. Нэнси Канвишер, ныне ведущий специалист по фМРТ, в то время была еще молодым исследователем и вспоминала свое воодушевление: «Эти изображения изменили все… Теперь ученые могут наблюдать, как активность нормального человеческого мозга меняется со временем, когда он видит, думает и запоминает» [5].
Метод Белливо по-прежнему основывался на введении контрастного вещества. Следующим шагом, предпринятым в течение года тремя группами практически одновременно, было измерение уровня оксигенации[327] в крови в определенной области мозга путем наблюдения за поведением атомов железа в оксигенированном и дезоксигенированном гемоглобине (эта мера, как говорят, зависит от уровня кислорода в крови – англ. Blood Oxygen Level Dependent – BOLD), пока пациент находился в магнитном сканере, выполняя простые психологические задачи.
Функциональная магнитно-резонансная томография измеряет поведение атомов в магнитном поле.
C помощью фМРТ можно обнаружить различия в магнитных реакциях оксигенированного и дезоксигенированного гемоглобина в крови в разных зонах, которые представлены в виде ярких цветов на изображении мозга. Часто говорят, что на этих изображениях мозг «светится», когда субъект занят определенной умственной деятельностью[328]. Таким образом, фМРТ дает простую оценку физиологии мозга, его функции как органа в нашем теле. Полученные снимки непосредственно не описывают ничего похожего на действительную активность нейронов.
Мозг при фМРТ-сканировании – это не компьютер и не нейронная сеть, а железа.
Канвишер вспомнила свое волнение, когда она впервые увидела результаты фМРТ-сканирования в 1995 году (мозг был ее собственным):
«Самое захватывающее, что при фМРТ можно в реальном времени видеть реакции отдельных вокселей[329] (наименьшая единица изображения), что сигнал был выше в периоды, когда я смотрела на лица, чем когда смотрела на объекты».
Казалось возможным, что когнитивные процессы действительно локализованы в очень специфических областях мозга, как Райхл провозгласил несколькими годами ранее. Революция фМРТ началась.