ифункциональности нервных клеток (об этом ниже) эти паутины пользуются одними и теми же нейронами. Вот и разберись тут!
Очевидно, что ни одну систему целиком никто никогда не видел. Что видели? Либо области, где наблюдается скопление элементов определенной системы (с помощью различных средств нейровизуализации (позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) (11), функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) (12), современных видов количественной электроэнцефалограммы (ЭЭГ) (13)), либо отдельные нейроны с помощью внутримозговых электродов, которые имплантируют в мозг пациента в лечебных и диагностических целях. Но это всего лишь несколько нейронов из миллиардов! (В одной из следующих глав я более подробно расскажу о том, как функционируют системы, и о том, что показали самые свежие исследования в этой области. А пока идем дальше.)
Прорыв, произошедший в последние десятилетия в области технического оснащения исследований, как ни странно, не привел к кардинальному изменению ситуации в понимании работы мозга. Да, резко увеличилось число научных статей. На крупных конференциях по картированию мозга человека ежегодно представляют около 3000 докладов (фактически три километра постеров).
Но в абсолютном большинстве эти работы сообщают нам о том, что в определенной зоне мозга обнаружена реакция на определенный раздражитель или что при выполнении определенной деятельности изменился рисунок ЭЭГ. Существенно меньше исследований, где показано, как именно происходит реорганизация работающих структур мозга при том или ином действии, мыслительный контроль какой-либо деятельности, как обнаруживается конфликт, и подготовленное действие либо разрешается, либо запрещается, или выбирается наиболее целесообразное поведение.
По пальцам можно пересчитать статьи, где сообщается о механизмах работы мозга, какими законами он управляется, как взаимодействуют его структуры.
Интересно, что большинство этих законов были открыты до технологического прорыва, который существенно расширил наши методические возможности. Причем некоторые из них были открыты буквально «на кончике пера», то есть при минимуме известных фактических данных.
В этом огромное преимущество российской физиологической школы. Она шла не только от эксперимента, как большинство западных, но от глубокого познания физиологии и от концепций. Например, концепция «светового пятна» И.П. Павлова:
Если бы можно было видеть сквозь черепную коробку и если бы место с оптимальной возбудимостью светилось, то мы увидели бы на думающем сознательном человеке, как по его большим полушариям передвигается постоянно изменяющееся в форме и величине причудливо меняющихся очертаний световое пятно.
Вдумайтесь: это было написано за 70 лет до появления возможности экспериментального подтверждения!
Рис. Пример современного исследования в парадигме «светового пятна». ПЭТ-исследования произвольного и непроизвольного внимания
Глава 2. Сквозь замочную скважинуКак мы исследуем мозг
Он задумался, между прочим, о том, что в эпилептическом состоянии его была одна степень, почти перед самым припадком, когда вдруг, среди грусти, душевного мрака, давления мгновениями как бы воспламенялся его мозг и с необыкновенным порывом напрягались разом все жизненные силы его. Ощущение жизни, самосознания почти удесятерялось в эти мгновенья, продолжавшиеся, как молния. Ум, сердце озарялись необыкновенным светом; все волнения, все сомнения его, все беспокойства как бы умиротворялись разом, разрешались в какое-то спокойствие, полное ясной гармоничной радости и надежды, полное разума и окончательной причины. Но эти моменты, эти проблески были еще только предчувствием той окончательной секунды (никогда не более секунды), с которой начинался самый припадок.
ЭЭГ больного эпилепсией обычно отличается от нормальной. Альфа-ритм в типичных случаях бывает нарушен нерегулярными флуктуациями. Если припадок случайно наступает во время записи ЭЭГ, кривые принимают совершенно необычный вид.
Выше говорилось об архитектуре мозга, о том, из чего он состоит, за что отвечают его отдельные части. Вначале эту архитектуру воссоздавали путем так называемых клинико-анатомических наблюдений – сопоставления состояния больного, симптомов и изучения препаратов мозга. А как же заглянуть внутрь черепной коробки – этого «грецкого ореха», подсмотреть за работой живого мозга, за его динамическими перестройками в процессе обеспечения различной деятельности, мышления?
Многие исследователи пытались это сделать, изобретая различные методы, в том числе ставя эксперименты на себе. Можно сказать, что первые современные экспериментальные работы по исследованию механизмов и принципов работы мозга начались в 70-е годы XIX века в университете Пизы, одном из старейших медико-хирургических факультетов мира, профессором Анджело Моссо (рис. 23).
Рис. 23. Анджело Моссо (1846–1910) – итальянский физиолог, исследователь мозга
Кстати отступление: почему не медицинского, а медико-хирургического? Почему известнейшая Военно-медицинская академия в Петербурге раньше называлась медико-хирургической? Да потому, что медицина и хирургия в Средние века были различными специальностями. Медицина изучала болезни человека, законы его жизнедеятельности, то есть то, что мы понимаем под медициной сейчас. Отдельно существовала хирургия с узконаправленными задачами: что-то удалить, зашить рану (не более). Занимались ею в основном цирюльники. До сих пор в Англии к врачу обращаются словом «доктор», а к хирургу – «мистер». Когда меня в первый раз спросили, доктор я или мистер, я ничего не понял.
Итак, Анджело Моссо. У него был пациент с дефектом (попросту говоря, с отверстием) черепа, человек крайне религиозный. Моссо заметил, что при звоне колоколов, созывающих прихожан к молитве, у этого больного под кожей в области дефекта начиналось шевеление. Врач положил на это место чувствительную к колебаниям мембрану и вывел получившиеся колебания воздуха на самописец (рис. 24).
Таким образом Моссо зафиксировал мощные пульсовые колебания под мембраной именно в момент звона колоколов. При этом пульс в руке не менялся, то есть колебания были локальными; источником их был именно мозг. Дальнейшие эксперименты соответствовали самому современному сегодняшнему уровню. Врач задал пациенту вопрос о молитве и получил образцовую вызванную реакцию в мозге. Далее был проведен тест на счет и также получена вызванная реакция.
Эти эксперименты показали, что в процессе интеллектуальной деятельности при неизменности общего кровотока в организме кровоток в мозге не просто меняется, но меняется коррелированно во времени с фазами деятельности. Таким образом, Моссо доказал, что именно мозговой кровоток коррелирует с процессом мышления.
Следующий эксперимент был уникален по своей простоте и значимости. Пациента укладывали на своеобразные качели, устанавливалось равновесие, так что он располагался параллельно поверхности земли; затем просили выполнить тест, требующий интенсивной умственной работы (рис. 25). Кровь к голове приливала, и верхняя половина туловища начинала перевешивать.
Рис. 24. Регистрация пульсации сосудов головного мозга у пациента с дефектом черепа (эксперимент Анджело Моссо)
Рис. 25. Первый эксперимент Анджело Моссо по «картированию мозга» – исследование мозгового кровотока
Эти эксперименты привели к тому, что все последующие сорок лет большинство исследователей занимались изучением мозгового кровотока. Собственно, не потому, что он был как-то особенно связан с деятельностью мозга, а потому, что других возможностей изучать живой мозг просто технически не было. К сожалению, в то время исследование мозга человека с помощью мозгового кровотока далеко не продвинулось.
На рубеже XIX–XX веков британские ученые Чарлз Смарт Рой (рис. 26) и Чарлз Скотт Шеррингтон (рис. 27) нашли объяснение зависимости мозгового кровотока от интенсивности работы нейронов.
Рис. 26. Чарлз Смарт Рой (1854–1897) – британский физиолог, профессор Кембриджского университета
Рис. 27. Чарлз Скотт Шеррингтон (1857–1952) – британский нейрофизиолог, лауреат Нобелевской премии «за открытия, касающиеся функций нейронов» (1932 г.)
Они показали, что при локальном увеличении активности нейронов за счет выделения ими определенных химических веществ происходит расширение капилляров и приток крови увеличивается (рис. 28). На этом открытии основаны современные ПЭТ-исследования мозговой активности и функциональная магнитно-резонансная томография.
Рис. 28. Подтверждение гипотезы о связи между локальным увеличением нейрональной активности и увеличением кровотока. Эксперимент Роя и Шеррингтона
Этот пример как нельзя лучше отражает соотношение фундаментальных и прикладных исследований. На протяжении ста лет сведения о мозговом кровотоке имели исключительно научную ценность, а теперь приборы для его измерения стоят в каждой уважающей себя клинике. Это показывает, с одной стороны, силу человеческого разума, а с другой – зависимость реализации идей от развития техники. Леонардо да Винчи придумал и вертолет, и многое другое, но его изобретения невозможно было воплотить в жизнь. Не было двигателей, сплавов и еще много чего. Не было должной культуры производства. Изобретатель паровой машины Уатт считал, что машина собрана удовлетворительно, если в щель между поршнем и цилиндром пролезает только монета размером в шиллинг. Сравните с современными двигателями. Человеческий мозг обладает потрясающей особенностью «парить» высоко в небе с твердой уверенностью, что все сегодняшние проблемы в конце концов будут преодолены. Это, конечно, не всегда случается, но если все-таки происходит, то неминуемо означает прорыв.