[199]. Затем ученые смогли составить карту мозговой деятельности, проследив, где накапливается контрастный агент при визуальной стимуляции. Примерно тогда же другая группа ученых из Лабораторий Белла во главе с Сэйдзи Огавой показала, что кровь сама может служить природным контрастным агентом для фМРТ[200]. Поскольку и кислород, и железо в крови обладают слабыми магнитными свойствами, небольшие изменения кровотока и насыщенности кислородом можно зарегистрировать, и не прибегая к инъекциям. Подобные эффекты наблюдаются в пределах секунд, пока обострена мозговая деятельность, и служат основой большинства современных экспериментов со сканированием мозга.
Неудивительно, что зависимость от крови накладывает на применение фМРТ определенные ограничения[201]. Пространственное разрешение фМРТ фундаментально ограничено расстояниями между кровеносными сосудами мозга. Это примерно одна десятая часть миллиметра, гораздо больше, чем размер клеток мозга. Большинство сигналов фМРТ, скорее всего, отражают совокупную деятельность множества разных типов нейронов и нейроглии, а также, вероятно, изменения кровотока, не связанные с местной мозговой активностью. Так что и сотни химических посредников, которых мы обсуждали в главе 2, и синапсы и связность клеток из главы 3 – все это становится пренебрежимо малыми величинами. Специалист по сканированию мозга из Беркли Джек Галлант говорит, что «фМРТ – это как измерять расход электричества в офисе в конкретные моменты времени с целью выяснить, что происходит на каждом рабочем месте»[202]. Кроме того, исследователей огорчает, что фМРТ такая медленная по сравнению с активностью нейронов. Представьте себе, что вы смотрите кино, которое размазано так, что каждый кадр длится несколько секунд. Тогда наши любимые герои приключенческих фильмов: Рокки и Иван, Роза и Джеймс Бонд, Оби-Ван и Дарт Вейдер – превратились бы в непонятные цветные пятна. Точно так же сказывается кровоток на данных фМРТ. Поэтому ученые иногда дополняют фМРТ данными более быстрых методов наблюдения – электроэнцефалографии (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ). Но хотя МЭГ и ЭЭГ быстро реагируют на электромагнитную активность мозга, они не в состоянии локализовать эту активность, в отличие от фМРТ, которая далеко превосходит их в этом отношении по точности и надежности.
К тому же сигналы, которые регистрирует фМРТ и другие методы функционального сканирования, очень малы: обычно мозговая деятельность порождает всплески максимум в несколько процентов от яркости изображения. Такие небольшие изменения наблюдаются на фоне флуктуаций из-за движений испытуемого, нестабильности оборудования для сканирования и физиологических процессов, не имеющих отношения к исследованию. Поэтому исследователям приходится очень постараться, чтобы выделить изменения на изображении, действительно связанные с теми или иными стимулами и явлениями, которые они пытаются изучить. Для этого, как правило, применяется обширный вычислительный анализ десятков повторяющихся исследований на множестве испытуемых при различных условиях эксперимента[203]. Результаты подобных вычислений обычно изображаются в виде ярких цветных пятен на месте областей мозга, которые, по предположению ученых, были особенно активны, на фоне черно-белых анатомических изображений (см. рис. 6). Эти картинки – самая надежная информация о мозговой деятельности человека, какую мы способны получить на сегодня, но на самом деле они не показывают, что делает мозг в тот или иной момент времени, и на них почти никогда не виден мозг какого-то одного конкретного человека. Функциональные карты мозга – это глубоко переработанные статистические данные множества изображений, зачастую далекие от стоящих за ними биологических процессов, как болонская копченая колбаса от свиньи[204].
Поразительные вычислительные фокусы, при помощи которых анализируют данные сканирования мозга, чреваты не менее поразительными провалами. Молодой ученый Крэйг Беннетт из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре показал это на довольно жестоком примере: он применил невинные методы фМРТ к мертвому лососю и обнаружил у него мозговую активность[205]. Беннетт и его коллеги сканировали мозг усопшей рыбы, «показывая» ей фотографии, и несколько пикселей в ее мозге показали что-то вроде реакции на картинки, статистически типичной для экспериментов подобного рода, отчего на фМРТ получилась картина активности мозга, что называется, с душком. На самом деле то, что ученые принимают за реакцию мозга, иногда вызвано случайными флуктуациями на изображениях, которые не удалось выявить и исключить обычными методами анализа. Беннетту оказалось непросто опубликовать свою сатирическую статью, однако в итоге его заслуженно наградили Шнобелевской премией, которую присуждают «за достижения, которые сначала вызывают смех, а потом заставляют задуматься»[206]. Другое исследование, подорвавшее авторитет фМРТ, провел студент Массачусетского технологического института Эд Вуль, который обнаружил, что авторитетные статьи о сканировании мозга сплошь и рядом приводят статистически невозможные результаты – то есть все равно что утверждают, будто при бросании монетки шансы получить орла могут быть больше 50 на 50[207]. В результате таких заблуждений авторы оскандалившихся исследований находили неправдоподобно надежные корреляции между отделами мозга и сложными стимулами. Хотя ошибки, на которые указывали Беннетт, Вуль и их коллеги, встречаются не только при исследованиях сканирования мозга и отнюдь не обусловлены их спецификой, все же риск в этой области особенно велик, поскольку сигналы очень малы, а базы данных огромны.
Косвенность и плохое разрешение современных методов, как видно, дают простор для толкований и не позволяют отсечь сторонние факторы. Примеры вроде исследования мозга лосося говорят нам и о том, как легко исказить результаты, если просто отнестись к организации или анализу эксперимента без должного усердия. Мы уже убедились, что разные люди смотрят на полученные изображения и видят на них кто разум, влияющий на мозг, кто мозг, занятый исполнением функций разума, – сканы мозга одинаково авторитетны как для дуалистов, так и для физикалистов. Если мы поймем, что на самом деле говорят нам данные функционального сканирования мозга, можно будет приблизиться к разгадке этого противоречия. Сегодняшние карты мозговой деятельности настолько неразборчивы, что мы, глядя на них, можем вообразить практически что угодно.
Моя коллега по Массачусетскому технологическому институту Нэнси Кэнвишер, которая одной из первых стала применять фМРТ для решения задач в области когнитивистики, говорит, что мозг – как швейцарский армейский нож[208]. Несмотря на все недостатки методов сканирования мозга, исследования их результатов, в том числе те, которые проводит сама Нэнси, выявляют неожиданные связи между определенными участками мозга и выполнением определенных задач – от распознавания лиц до размышлений о мышлении (см. рис. 7). Получается, что каждый из этих участков мозга специализируется на своей задаче, как разные инструменты в швейцарском ноже. Почти половина опубликованных исследований по сканированию мозга – это исследования локализации, а многие из оставшихся посвящены более подробному описанию выявленных участков мозга. Выводы о локализации – самые очевидные уроки, которые преподают нам исследования фМРТ. Если проводить эти эксперименты и толковать их результаты с должной тщательностью, они скажут нам, как устроены мозг и сознание, но если относиться к ним поверхностно, локализация когнитивных функций может отвлечь от попыток понять, как на самом деле работают мозг и разум.
Специализация отдельных участков мозга надежно установлена уже давно. До ПЭТ и МРТ такие данные получали в основном от ограниченного числа неврологических больных, у которых конкретные когнитивные и поведенческие расстройства можно было непосредственно объяснить локальным повреждением мозга. Пожалуй, самый известный пример – случай пациента по имени Луи Леборн, которого изучал французский врач Поль Брока в 1861 году[209]. Леборн с детства страдал эпилепсией и практически полностью утратил способность говорить; когда его госпитализировали, он мог произнести лишь один слог – «тан». Во всем остальном интеллект и общие когнитивные способности Леборна сохранились; такой набор симптомов в наши дни называется «афазией Брока». При вскрытии Леборна Брока обнаружил, что у Леборна была повреждена левая лобная доля коры головного мозга, а затем оказалось, что повреждения того же участка наблюдаются и у других больных с похожими нарушениями речи. Открытие связи между порождением речи и особым участком мозга под названием «зона Брока» стало веским доказательством теории функциональной локализации Франца Галля (см. главу 1). Так что основная идея френологии оказалась верна хотя бы отчасти, даже если карты конкретных участков мозга и соответствующих особенностей черепа, которые составлял Галль, не имели ни малейшего отношения к действительности.
Рис. 7. Кора головного мозга человека с указанием долей и областей, которые, согласно исследованиям сканирования мозга, отвечают конкретно за: 1) места, 2) части тела, 3) лица, 4) лица и движения, 5) только движения, 6) размышления о том, как люди мыслят, 7) трудные когнитивные задачи, 8) речевые звуки, 9) тоны звуков
Сканирование мозга говорит о том же, только точнее. Современные методы избавляют ученых от необходимости уповать на редкое совпадение несчастья и везения, которые в прошлом приводили к находкам наподобие случая Брока. Сегодня можно набрать сколько угодно добровольцев, чтобы сканировать их под воздействием самых разных стимулов или при выполнении самых разных задач и поодиночке, и группами. Исследователи изучают результаты практически сразу после эксперимента, им не нужно дожидаться, пока испытуемые умрут и можно будет провести вскрытие. Мозг здоровых испытуемых, подвергающихся сканированию, не изуродован в целом болезнью или травмой, в отличие от недужного мозга несчастных страдальцев. Поэтому результаты сканирования обычно отражают нормальную физиологи