Как бы то ни было, идеи Франца Галля оказали мощное влияние на развитие науки о мозге. Как локализованы психические функции в мозге? Насколько жесткой является эта локализация? Не одно поколение ученых пыталось найти на эти вопросы ответ.
Споры о мозговой локализации функций
Если Франц Галль стоял на позиции узкого локализационизма (каждая способность жестко связана с определенным участком коры), то его главный оппонент Пьер Флуранс (1794–1867) занимал противоположную позицию. Он считал, что различные зоны коры эквипотенциальны, т. е. обладают функциональной равноценностью.
Французский физиолог и врач Пьер Флуранс сыграл важнейшую роль в опровержении френологии, однако и его теория эквипотенциальности была впоследствии опровергнута.
Флуранс проводил эксперименты над птицами, кроликами и собаками. Удаляя хирургическим путем небольшие участки мозга животного, он наблюдал, как изменяется его поведение. В одном из экспериментов удалению подверглись участки мозжечка собаки. Вопреки Галлю, считавшему, что в мозжечке располагается «орган эротизма», Флуранс продемонстрировал связь мозжечка с координацией движений: чем больше было повреждение мозжечка, тем больше страдала координация движений у собаки. Удаление частей коры больших полушарий мозга у животных приводило к постепенной утрате откликов на сенсорные стимулы и произвольной активности животного. В то же время небольшое повреждение коры не вызывало специфических эффектов. Отсюда следовало, что кора в целом, а не отдельные ее участки, отвечает за восприятие, волю и другие функции.
Карл Вернике (сверху) и Поль Брока (внизу) внесли большой вклад в изучение мозга человека, открыв связанные с речью области, которые ныне называются в их честь.
Это было первое экспериментальное изучение локализации функций в мозге. Результаты своих исследований Флуранс опубликовал в 1824 году. Казалось, что ошибочность позиции узкого локализационизма доказана. Однако научный спор продолжался, и новые открытия поколебали теорию эквипотенциальности.
В 1861 году французский хирург Поль Брока (1824–1880) описал нарушение экспрессивной речи (способности говорить) у больного с поражением задней части левой нижней лобной извилины, а в 1874 году немец Карл Вернике (1848–1905) описал нарушение импрессивной речи (способности понимать речь) у больного с поражением задней трети левой верхней височной извилины. Исследователи сделали очевидный на тот момент вывод: если поражение данного участка мозга ведет к нарушению данной функции, значит, функция локализуется именно в этом участке. Такие участки стали называть мозговыми центрами. Помимо центров речи Брока и Вернике к концу XIX века исследователи «открыли» центры контроля движений, зрения, слуха, счета и т. п.
Так в науку стали возвращаться идеи Франца Галля, только теперь речь шла не об «органах» и буграх, а о мозговых центрах и связях между ними. Возникла концепция психоморфологизма, постулирующая возможность непосредственного наложения психических функций на морфологию мозга. Впоследствии эта концепция также была отвергнута.
Существуют ли в мозге центры способностей?
Существуют ли в коре головного мозга отдельные «центры», отвечающие за ту или иную способность? Многие ученые начала XX века были уверены, что это так. Однако английский невролог Джон Хьюлингс Джексон (1835–1911) и его ученик сэр Генри Хэд (1861–1940) в своих исследованиях убедительно доказали ошибочность этого взгляда.
Джон Хьюлингс Джексон.
Возьмем такую функцию, как произвольное движение. Она имеет представительство на разных уровнях нервной системы: низшие центры расположены в передних рогах спинного мозга, высшие – в моторной коре больших полушарий. В свою очередь, моторная кора включает три разные области, функции которых различаются. Однако движение нужно не только осуществить, но сначала запланировать, а для этого необходимо получить и обработать информацию от разных сенсорных систем. За это отвечают первичная соматосенсорная кора и задняя теменная кора. Где же тогда локализуется «центр» произвольных движений?
Сэр Генри Хэд.
Джексон и Хэд не только обосновали принцип уровневой организации мозговых функций. Они продемонстрировали, что зона поражения мозга не совпадает с зоной локализации функции! Например, при поражении «центра Брока» у человека развивается моторная афазия: он не может построить даже простейшее высказывание из-за нарушения перехода от одной артикуляции к другой. Но это еще никак не означает, что функция экспрессивной речи локализуется именно в «центре Брока»! Представьте организацию, в которой кипит работа: ведутся переговоры, кто-то обсчитывает данные на компьютере, кто-то печатает документацию, кто-то принимает звонки. Данная организация, к примеру, занимается производством рекламных роликов. Вдруг вся работа прекратилась: сгорел предохранитель в электрощитке. Можно ли сказать, что в этом щитке локализована функция всей организации?
Из работ Джексона и Хэда следовала необходимость пересмотра понятия «психическая способность». Ни речь, ни мышление, ни память не являются изолированными способностями, для которых можно найти конкретную мозговую локализацию. Это сложные функции, имеющие в нервной системе уровневое представительство.
Исследовательская работа привела Джона Джексона и его ученика сэра Генри Хэда к выводу, что нервная система имеет три уровня организации:
• нижний уровень управляет примитивными функциями, сходными с теми, что есть и у животных;
• средний уровень связан с произвольными движениями;
• высший уровень контролирует «человеческие способности».
Данную идею разделяли отечественные ученые И. П. Павлов, А. А. Ухтомский, И. Н. Филимонов, Л. С. Выготский. Она стала одной из предпосылок теории системной и динамической локализации психических функций, разработанной советским нейропсихологом А. Р. Лурией.
Принцип Выготского
Выдающийся советский психолог Л. С. Выготский (1896–1934) обосновал не только идею о последовательном формировании высших психических функций человека, но и положение о том, что мозговая локализация этих функций также меняется в ходе развития.
Представьте, что правитель какой-нибудь сказочной страны периодически переносит свою столицу в более выгодное место. Соответственно, прокладываются новые коммуникации, стоятся дороги, в прежние столицы назначаются наместники. Примерно также психическая функция «овладевает» новыми мозговыми структурами в ходе их созревания. Формирование высших психических функций (Выготский называл их психологическими системами) распределено во времени и не является линейным: разные системы и отдельные их компоненты начинают формироваться в разное время. При этом на каждом этапе развития выстраиваются новые отношения как между компонентами одной функции, так и между разными психическими функциями, а значит, меняется их мозговая локализация. Таков принцип хроногенной мозговой локализации психических функций Л. С. Выготского.
Из этого принципа следует, что поражение одного и того же участка мозга у ребенка и у взрослого должно оборачиваться неодинаковыми последствиями. В детском возрасте очаг поражения вызывает системное недоразвитие более высоких уровней мозговой деятельности или формирование патологических новообразований, не соответствующих нормальному развитию. У взрослого человека структура психических функций уже сформирована, и поэтому церебральный дефект приводит к нарушению только отдельных ее составляющих. Например, поражение первичных гностических зон коры у ребенка может привести к глубокому недоразвитию зрительного, слухового или кинестетического гнозиса. У взрослого человека поражение этих же зон приведет лишь к элементарным сенсорным нарушениям, так как функцию гнозиса уже взяли на себя вторичные и третичные зоны коры.
Поражение одного и того же участка мозга у ребенка и у взрослого оборачивается разными последствиями: у ребенка больше страдают высшие мозговые центры, а у взрослого – низшие.
При расстройствах развития ребенка, вызванных церебральным дефектом, больше страдают высшие мозговые центры, ближайшие к пораженному участку, и относительно меньше страдают низшие. При распаде функций у взрослого отмечается обратная зависимость: больше страдают ближайшие низшие центры, которые теперь зависят от данного участка, и относительно меньше страдают высшие центры, которым этот участок теперь подчинен.
Три блока мозга
Многие из нас еще из школьной программы знают, что мозг человека состоит из разных отделов. Его анатомическую структуру составляют продолговатый мозг, задний мозг (включающий в себя варолиев мост и мозжечок), средний, промежуточный и конечный мозг. Структуру мозга можно представлять с большей или меньшей детализацией. Например, можно различать ствол мозга, мозжечок и большой (конечный) мозг. К структурам ствола относятся продолговатый мозг, варолиев мост и средний мозг. Иногда к этим структурам также относят мозжечок и промежуточный мозг. Большой (конечный) мозг состоит из двух больших полушарий, мозолистого тела, полосатого тела и обонятельных луковиц. Но как все эти структуры мозга связаны с психической деятельностью?
Отечественный нейропсихолог Александр Романович Лурия (1902–1977) предложил рассматривать мозг как структуру, которая подразделяется на три структурно-функциональных блока.
Александр Романович Лурия.
Энергетический (первый) блок включает ретикулярную формацию ствола, неспецифические структуры среднего и промежуточного мозга, лимбическую систему и медиобазальные отделы коры лобных и височных долей. Этот блок отвечает за регуляцию тонуса и бодрствования, связан с функциями внимания, памяти, регуляцией воли и эмоций, а также с сознанием в целом.