Но это неверно. И в этой главе я попытаюсь подробно объяснить почему. Пока скажу лишь, что наличие якобы «центров» совершенно не объясняет, как миллиарды нейронов мозга самоорганизуются для выполнения определенного действия при скорости обмена информацией порядка тысячи метров в секунду.
В предыдущем издании этой книги в разделе «Заключение» я упомянул результаты, полученные мною и моим сотрудником Максимом Киреевым в Институте мозга человека РАН буквально в последнюю минуту перед сдачей книги в печать. Естественно, описание было не полным, поскольку на тот момент, в 2015 году, мы просто не успели полностью осознать его смысл. Это вообще обычная вещь в науке. Непосвященному кажется, что самое сложное – провести эксперимент. На самом деле это обычно самое простое. Сложно придумать дизайн эксперимента и еще сложнее – осознать и сформулировать, что же получили. Чем важнее полученный результат, тем сложнее его понять. И когда эксперимент дает уже нечто совсем непонятное, можно готовиться к великим открытиям.
Так, в свое время для объяснения результатов знаменитых опытов американских физиков А. Майкельсона и Э. Морли (опыт Майкельсона – Морли), доказавших отсутствие эфира и постоянство скорости света в любых направлениях, – что не согласовывалось с господствующей в то время концепцией существования эфира, – потребовался гений Эйнштейна. Он уничтожил существовавшую тысячи лет веру в эфир и показал, что пространство и время взаимосвязаны. (Раньше считалось, что они существуют сами по себе.) Что существует предельная скорость – скорость света. И еще многое, что составляет суть специальной теории относительности. И его объяснение изменило современную физику.
Да что далеко ходить: когда аспирант академика С.И. Вавилова П.А. Черенков обнаружил в эксперименте странное свечение, которое позже назвали эффектом Черенкова, он решил, что это просто ошибка, и просил, чтобы ему сменили тему. А через четыре года И.Е. Тамм и И.М. Франк объяснили, что это свечение вызвано частицей, которая движется быстрее света в веществе. Все трое получили Нобелевскую премию по физике.
Именно поэтому нам для осмысления значения результата потребовалось время, которое появилось уже после выхода книги. А осмыслив, я понял, что нужно писать новую главу.
У меня очень часто берут интервью журналисты, специализирующиеся на науке. И даже лучшим из них не удавалось избежать двух вопросов:
– Где находится «центр речи», удовольствия, принятия решений и т. п. (нужное подчеркнуть)?
– Правда ли, что человеческий мозг использует только 5 % (10 %, 20 % и т. д.) возможностей?
Ответы на эти вопросы тесно связаны. Они отражают принципиальную особенность в устройстве мозга, а именно – системность. Казалось бы, ясно, как искать элементы системы: если мы видим, что при выполнении какого-то действия происходит увеличение энергопотребления определенной зоны, то полагаем, что эта зона является элементом системы. Практически считалось, что, когда мы наблюдаем на МРТ или на ПЭТ активированную область, то можно делать вывод, что нейроны этой области и образуют систему. Однако возникали два принципиальных вопроса. Первый: как при относительно небольшой скорости передачи сигналов в мозге (порядка 1000 метров в секунду) нейроны этих областей могут самоорганизовываться в систему – ведь их миллиарды. И второй. Меня всегда удивляло, что размеры этих областей достаточно малы. Неужели все задачи решает очень малое количество нейронов? Тогда для чего нужны другие?
Эти вопросы долгое время оставались открытыми, и ответов на них не просматривалось. И вот несколько лет назад сотрудники нашего института наблюдали удивительный результат. Больного готовили к операции по удалению опухоли мозга. Как правило, перед операцией проводится функциональное картирование мозга – определяются точки, непосредственно отвечающие за организацию движений, речи. Это необходимо для того, чтобы не нарушить эти функции во время оперативного вмешательства.
Например, фМРТ показывает, что рядом с опухолью есть речевые области. В этом случае надо оперировать предельно осторожно в окрестности этих точек и стараться их не повредить. Однако у пациента, о котором я рассказываю, мы обнаружили очень спокойную картину около опухоли.
Видно, что около опухоли нет красных пятен – зон, где происходит обеспечение речи. Но в процессе операции, несмотря на предоперационное исследование, всегда проводится перепроверка: производят обратимое выключение разрушаемой зоны, чтобы окончательно удостовериться, что вмешательство не затронет жизненно важные функции. Для этого понижают температуру участка мозга, но не до разрушения, а до его обратимого выключения.
И вот после такой контрольной операционной проверки наш пациент вдруг перестал говорить. Естественно, охлаждение немедленно прекратили и речь вернулась. Операция прошла успешно, но мы заинтересовались, почему же эта речевая область не была видна на фМРТ. Вроде бы все было сделано по науке, правильно. И тут одному из наших сотрудников пришла в голову мысль проверить, есть ли корреляция активности видимых областей с областями около опухоли. Оказалось, что рядом есть две небольшие области, которые связаны с обеспечением речи, но они никак себя не обнаружили – не активировались – во время предоперационного исследования. Тогда мы не стали делать выводов, а лишь оставили для себя «флажок», что так может быть.
Спустя некоторое время решили посмотреть, а можно ли наблюдать похожее явление при изучении мозговой организации различных видов деятельности, на самом деле – как организованы взаимосвязи в мозге. Нам повезло, что незадолго до этого появились методики поиска таких взаимосвязей, причем некоторые методики даже позволяли определить направление и степень воздействия одной зоны на другую.
Во время выполнения испытуемыми заданий на речевую деятельность мы наблюдали активацию в области Брока, что было совсем не удивительно. Однако, исследовав взаимосвязи, обнаружили несколько новых областей, имеющих отношение к обеспечению речи, но находящихся довольно далеко от области Брока и никак не проявляющих себя при обычном картировании.
При этом нам удалось показать их роль в обеспечении речи. В одном случае они тормозили активность в области Брока, а в другом – стимулировали. То есть оказалось, что эти «молчащие» структуры модулируют работу «говорящих» структур, тех, активацию которых мы видим на ЭЭГ или на фМРТ.
На самом деле мы показали, что в нашем мозге существуют элементы, которые не меняют своего энергопотребления, то есть в общепринятом смысле не активируются, не заметны для большинства нейровизуализационных исследований, но тем не менее участвуют в работе системы, являются ее неотъемлемой частью.
Дальнейшее целенаправленное изучение этого феномена позволило сделать вывод, что практически при любой изучаемой деятельности выявляются структуры мозга, которые, не изменяя уровня своего энергопотребления, включаются в систему взаимодействующих звеньев, обеспечивающих текущее поведение. Такая особенность не позволяет их выявить с помощью обычного нейровизуализационного картирования. Впоследствии мы опубликовали несколько работ по целенаправленному изучению локальной активности и дистантных взаимодействий, анализируемых с помощью так называемого метода по анализу психофизиологических взаимодействий. И в каждом случае они говорили нам, что система обеспечения деятельности – ее мозговая организация – существенно сложнее и распределеннее, чем считалось ранее. Оказалось, что мы до сих пор не видели бóльшую часть системы!
Это принципиальнейший вывод. Если хотите – открытие. Оно не является просто новым знанием – оно меняет наше представление о работе мозга и делает несовершенными почти все исследования по картированию мозга, которые проведены до сих пор.
Для проверки универсальности этого эффекта мы предприняли целенаправленное сопоставительное исследование зависимости локальных характеристик энергопотребления и дистантных взаимодействий от сложности целенаправленной деятельности. Например, для звена в веретенообразной извилине было продемонстрировано динамическое изменение набора структур мозга, с которыми устанавливались дистантные функциональные взаимодействия в зависимости от сложности (абстрактности) запоминаемой инструкции при подготовке к реализации действия. Похожий эффект был получен при изучении сознательных ложных действий – помимо изменений локального кровотока в структурах лобно-теменной нейроанатомической системы и хвостатых ядрах, вовлечение правого теменно-затылочного стыка выявлялось только при анализе психофизиологических взаимодействий. И наконец, исследование процессов порождения и восприятия слов русского языка, а также восприятия ошибок согласования при чтении предложений выявило воспроизводимое взаимодействие левой нижней лобной извилины с зонами височной коры, изменение локальной активности в которых не обнаруживалось в активационном исследовании.
Что все это означает? Какие выводы мы можем сделать на основании полученных данных? Первый – это явление универсально, данные подтверждаются не только серией наших собственных экспериментов, но и в независимых исследованиях. Второй – о физиологическом значении наблюдаемого непостоянного (гибкое звено) характера вовлечения одних и тех же звеньев в обеспечение текущей деятельности. Правомочно говорить о феномене «скрытых звеньев» мозговых систем. Не изменяя своего энергопотребления, такие звенья включаются в системную работу мозга, что можно наблюдать на микро- и макроуровнях организации его функциональной активности.
Таким образом, вместо чрезвычайно ограниченного набора активированных областей мы имеем дело с разветвленной в пространстве скрытой системой. Ее скрытые элементы непрерывно загружены и не изменяют своего энергопотребления при обеспечении той или иной деятельности. Остается открытым вопрос о быстродействии, поднятый в начале главы. Принимая во внимание описанные результаты исследования нейронной активности, можно сделать предположения о том, как это может быть организовано.