Норман Дойдж. Пластичность мозга. Норман Дойдж Пластичность мозга
 Скачать 1.82 Mb.
|
|
Глава 8 Воображение Как действуют наши мысли Я нахожусь в Бостоне, в лаборатории магнитной стимуляции мозга Медицинского центра Бет Израэль Диконесс при Гарвардской медицинской школе. Во главе этого центра стоит Альваро Паскуаль-Леоне, который проводит эксперименты, доказывающие, что мы можем изменить топографию нашего мозга, просто используя мысленные образы. Он только что закрепил аппарат, напоминающий по форме весло, на левой стороне моей головы. Это устройство предназначено для транскраниальной магнитной стимуляции, или ТМС, и может влиять на мое поведение. Внутри пластикового корпуса аппарата находится катушка медной проволоки, через которую проходит электрический ток, создающий переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, устремляется в мой мозг — в аксоны моих нейронов, а оттуда в двигательную зону моей руки в коре головного мозга. Переменное магнитное поле индуцирует в коре электрический ток. Паскуаль-Леоне стал первым, кто использовал ТМС для активации нейронов. Каждый раз, когда он включает источник магнитного поля, четвертый палец на моей правой руке приходит в движение, потому что он стимулирует область моего мозга размером примерно в 0,5 кубического сантиметра, состоящую из миллионов клеток — зону мозга для этого пальца. ТМС — это мостик, перекинутый к моему мозгу. Его магнитное поле безопасно и безболезненно проходит через мое тело, индуцируя электрический ток только в момент достижения нейронов. Уайлдеру Пенфилду приходилось вскрывать череп хирургическим путем и имплантировать электрический зонд в мозг для стимуляции двигательной или сенсорной областей коры. Когда Паскуаль-Леоне включает прибор и заставляет мой палец двигаться, я ощущаю в точности то же самое, что чувствовали пациенты Пенфилда, когда он вскрывал их череп и воздействовал на их мозг большими электродами. Паскуаль - Леоне Альваро Паскуаль-Леоне достаточно молод, но уже успел многого достичь в своей области. Он родился в 1961 году в Валенсии, в Испании. Родители Альваро, врачи по профессии, отдали его в немецкую школу, где, прежде чем заняться медициной, он, как многие специалисты по нейропластичности, изучал работы греческих и немецких философов. Он получил степень доктора медицины и доктора физиологии в Университете Фрейбурга, затем приехал в Соединенные Штаты для продолжения обучения. У Паскуаль-Леоне кожа оливкового цвета, темные волосы и выразительный голос. О серьезных вещах он говорит с оттенком шутливости. Главное место в его кабинете занимает компьютерный монитор с большим экраном, который он использует для демонстрации того, что видит в мозге через свое «окно» ТМС. В его компьютер со всех концов света стекаются электронные сообщения от его коллег и соратников. Расположенные за его спиной полки заполнены книгами по электромагнетизму, и повсюду разложены бумаги. Паскуаль-Леоне был первым ученым, который использовал ТМС для картирования мозга. В зависимости от интенсивности и частоты ТМС может применяться для активации какой-либо области мозга или блокирования ее деятельности. Желая определить функцию конкретного участка мозга, Паскуаль-Леоне применяет импульсы ТМС, чтобы временно блокировать этот участок, а затем устанавливает, какая психическая функция утрачена. Он также первым начал использовать высокочастотную «повторяющуюся ТМС», или пТМС. Высокочастотная повторяющаяся ТМС может вызвать такую сильную активацию нейронов, что они возбуждают друг друга и остаются в активированном состоянии даже после того, как первоначальный импульс пТМС прекращается. Это позволяет на некоторое время активировать участок мозга, что может быть использовано в терапевтических целях. Например, при некоторых типах депрессии префронтальная кора головного мозга частично дезактивирована и функционирует недостаточно хорошо. Группа Паскуаль-Леоне первой показала эффективность пТМС при лечении таких пациентов с тяжелой формой депрессии. Семьдесят процентов тех, кому не помогли никакие традиционные методы лечения, выздоровели с помощью пТМС, при этом у них наблюдалось меньше побочных эффектов, чем при назначении лекарственных препаратов. Почему Ахиллес не может перегнать черепаху В начале 1990-х годов, когда Паскуаль-Леоне еще был молодым сотрудником Национального института неврологических заболеваний и инсульта, он провел ряд экспериментов — известных среди специалистов по нейропластичности своей простотой и изяществом, — которые позволили усовершенствовать способ картирования мозга, заложили основу его экспериментов, ориентированных на воображение, и помогли нам понять, как мы осваиваем навыки. Он исследовал процесс освоения новых навыков, используя ТМС для картирования мозга слепых участников эксперимента, которые учились читать по системе Брайля. Испытуемые изучали азбуку Брайля в течение года: вначале в классе пять дней в неделю по два часа в день, а затем час дома. Люди, пользующиеся этой азбукой, «сканируют» текст, двигая указательными пальцами по ряду маленьких выпуклых точек, т. е., совершают действия, относящиеся к двигательной активности. При этом они воспринимают на ощупь расположение этих точек, что относится к сенсорной активности. Данные, полученные в ходе этого эксперимента, стали одними из первых подтверждений того, что в процессе освоения новых навыков в мозге происходят пластические изменения. Воспользовавшись ТМС для картирования двигательной коры, Паскуаль-Леоне106 обнаружил, что у испытуемых карты тех пальцев, которые «читали по шрифту Брайля», были больше, чем карты других указательных пальцев. Паскуаль-Леоне также выяснил, что 106 Для картирования двигательной коры Паскуаль-Леоне стимулировал участок коры, смотрел, какая мышца приходит в движение, и фиксировал это. Затем он сдвигал прибор ТМС на один сантиметр вдоль головы пациента. Он смотрел, приведет ли это в действие ту же самую мышцу или какую-нибудь другую. Чтобы картировать размер сенсорной карты, он прикасался к кончикам пальцев испытуемого и спрашивал, чувствует ли тот прикосновение. Затем он подносил прибор ТМС к голове испытуемого, чтобы проверить, может ли он блокировать эти ощущения. Если ему это удавалось, он понимал, что блокированный им участок мозга является частью сенсорной карты. Наблюдая за тем, какой объем трансмагнитной стимуляции необходим для блокирования у человека ощущения прикосновения, он получал представление о размерах чувствительной карты. Если для блокирования ощущения ему требовалось повышение интенсивности стимулирования, он знал, что в этом месте карты кончики пальцев представлены широко. Затем он передвигал прибор ТМС в разные точки на голове испытуемого, чтобы определить точные границы карты. A. Pascual-Leone and F. Torres. 1993. Plasticity of the sensorimotor cortex representation of the reading finger in Braille readers. Brain, 116:39–52; A. Pascual-Leone, R. Hamilton, J. M. Tormos, J. P. Keenan, and M.D. Catala, 1999, 94–108. по мере роста скорости считывания слов двигательные карты увеличивались в размере. Однако наиболее удивительным открытием, сделанным им в ходе эксперимента, стал паттерн пластических изменений, происходящих на протяжении недели. Мозг объектов исследования картировали с помощью ТМС по пятницам (в конце недели тренировок) и по понедельникам (после того, как они отдыхали в выходные дни). Паскуаль-Леоне обнаружил, что изменения в эти дни были разными . С самого начала исследования карты, полученные в пятницу, демонстрировали очень быстрое и значительное расширение, но к понедельнику они возвращались к своему исходному размеру. Пятничные карты продолжали расти в течение шести месяцев — упорно возвращаясь к исходному состоянию каждый понедельник. Примерно через шесть месяцев изменение пятничных карт продолжилось, но оно не было настолько интенсивным, как в первые полгода. В картах, получаемых в понедельник, наблюдалась противоположная тенденция. До окончания шести месяцев обучения они не менялись; затем начиналось их медленное увеличение, которое останавливалось, когда длительность обучения составляла десять месяцев. Скорость, с которой испытуемые читали азбуку Брайля, в большей степени соответствовала картам понедельника , и хотя зафиксированные в эти дни изменения не были такими значительными, как по пятницам, они носили более устойчивый характер . По окончании десяти месяцев участники эксперимента сделали двухмесячный перерыв в обучении. Когда они вернулись к занятиям, было проведено новое картирование их мозга, которое показало, что их карты не изменились с момента картирования в последний понедельник два месяца назад. Таким образом, обучение приводило к значительным краткосрочным изменениям в течение недели. Однако по понедельникам, после выходных, наблюдались более устойчивые изменения. Паскуаль-Леоне считает, что различие результатов, получаемых по пятницам и понедельникам, означает существование разных механизмов пластических изменений. Быстрые изменения, наблюдаемые в пятницу, усиливают существующие нейронные связи и выявляют нервные пути, преданные забвению. Более медленные, но стабильные, изменения, фиксируемые в понедельник, предполагают формирование принципиально новых структур и возможное «выращивание» новых связей и синапсов. Понимание этого эффекта «черепахи и зайца» может помочь нам разобраться с тем, что мы должны делать для того, чтобы в совершенстве овладеть новым навыком. После короткого периода тренировки, как это бывает, когда, к примеру, нам нужно срочно подготовиться к сдаче экзамена, достаточно просто добиться улучшений, поскольку в данном случае мы усиливаем существующие синаптические связи. Однако мы быстро забываем то, что «вызубрили», потому что подобные связи так же легко уходят, как приходят. Для того чтобы сохранить улучшения и сделать навык постоянным, необходима медленная настойчивая работа, позволяющая сформировать новые связи. Если человеку, осваивающему какой-либо навык, кажется, что он не делает успехов, или что его «голова напоминает сито», то ему следует упорно тренироваться до тех пор, пока он не добьется «эффекта понедельника» (на что людям, изучающим азбуку Брайля, требовалось шесть месяцев). Различие между результатами пятницы и понедельника может объяснить, почему некоторые люди — медленно осваивающие навык «черепахи», тем не менее осваивают его лучше, чем шустрые «зайцы» — «способные ученики», которым, однако, не всегда удается сохранить на будущее то, чему они научились. Паскуаль-Леоне расширил свои исследования, чтобы понять, каким образом люди, читающие по Брайлю, получают такой большой объем информации через кончики пальцев. Общеизвестно, что у слепых людей хорошо развиты невизуальные чувства и что те, кто читает с помощью азбуки Брайля, обладают невероятной чувствительностью пальцев, которые они используют для чтения. Паскуаль-Леоне хотел узнать, чем вызвано появление этого расширенного навыка: увеличением сенсорной карты прикосновений или пластическими изменениями в других частях мозга. Например, в зрительной коре, которая не получает входящей информации от глаз. Он предположил: если зрительная кора помогает участникам исследования читать с помощью азбуки Брайля, то ее блокирование помешает им это делать. Так и произошло. Когда ученые применили блокирующую ТМС к зрительной коре испытуемых, слепые участники не смогли читать шрифт Брайля и чувствовать используемым для этого пальцем. Зрительная кора была вовлечена в обработку информации, получаемой от осязания. Блокирующая ТМС, примененная к зрительной коре зрячих людей, не оказала никакого влияния на их тактильные ощущения. Это указывало на то, что со слепыми людьми, читающими с помощью азбуки Брайля, происходило нечто особенное: часть мозга, связанная с одним чувством, передавалась другому (т. е. речь шла о том типе пластической реорганизации, о которой говорил Бач-и-Рита). Паскуаль-Леоне, кроме того, установил, что чем лучше человек читает с помощью азбуки Брайля, тем в большей степени вовлечена в этот процесс зрительная кора. Его следующее исследование стало настоящим прорывом в науке, доказав, что наши представления могут менять материальную структуру мозга. О пользе воображения Теперь Паскуаль-Леоне использовал ТМС для наблюдения за изменениями карт, соответствующих пальцам руки, у людей, которые учились играть на пианино. Один из кумиров Паскуаль-Леоне, великий испанский специалист по нейроанатомии и лауреат Нобелевской премии Сантьяго Рамон-и-Кахаль, который последние годы жизни посвятил изучению пластичности мозга. Еще в 1894 году Рамон-и-Кахаль высказал предположение о том, что «орган мышления обладает, в определенных пределах, гибкостью и способностью к совершенствованию с помощью целенаправленной психической тренировки». В 1904 году он утверждал, что мысли, повторяемые в ходе «психической тренировки», должны укреплять существующие нейронные связи и создавать новые. Кроме того, Рамон-и-Кахаль предполагал, что этот процесс может быть наиболее ярко выражен в нейронах, контролирующих пальцы у пианистов107, которые занимаются психической тренировкой очень много времени. Используя свое воображение, Сантьяго Рамон-и-Кахаль нарисовал картину пластичного мозга, но у него не было возможности и инструментов подтвердить ее. Паскуаль-Леоне решил, что теперь у него есть такой инструмент — ТМС, который позволяет проверить, действительно ли психическая практика и воображение способны вызывать физические изменения. Эксперимент был достаточно простым и основывался на идее Рамона-и-Кахаля использовать пианино. Паскуаль-Леоне учил две группы людей, которые никогда не учились игре на пианино, исполнению последовательности нот, показывая, какими пальцами двигать, и позволяя им слушать исполняемые ими ноты. Затем члены одной группы, которая занималась «психической тренировкой », в течение пяти дней сидели по два часа перед электропиано и представляли , что играют выученную последовательность и слышат свое исполнение. Вторая группа, занимавшаяся «физической тренировкой », действительно играла на фортепьяно по два часа в день в течение пяти дней. Участникам обеих групп 107 С. Рамон-и-Кахаль писал: «Неподготовленный человек неспособен оценить… труд пианиста: приобретение новых способностей требует долгих лет психической и физической тренировки. Для того чтобы полностью понять этот сложный феномен, необходимо признать, помимо усиления ранее сложившихся нейронных путей, факт формирования новых путей в результате прогрессивного роста дендритных и концевых разветвлений нервов… Такое формирование происходит под действием тренировок и может прекращаться и обращаться вспять в тех областях мозга, которые не развиваются». S. Ramyn у Cajal. 1904. Textura del sistema nervioso del hombre у de los sertebrados. Cited by A. Pascual-Leone. 2001. The brain that plays music and is changedby it. In R. Zatorre and I. Peretz, eds., The biological foundations of music. New York: Annals of the New York Academy of Sciences, 315–29, especially 316. проводили картирование мозга до начала эксперимента, каждый день во время его проведения и после его завершения. Затем представителей обеих групп попросили сыграть предложенную им последовательность нот, а компьютер оценивал точность их исполнения. Паскуаль-Леоне обнаружил, что обе группы научились играть заданную последовательность, и что в обеих группах наблюдаются одинаковые изменения карт мозга. Поразительно, но психическая тренировка привела к тем же самым физическим изменениям в двигательной системе, что и реальная игра на пианино. К концу пятого дня произошло одинаковое изменение двигательных сигналов, поступающих к мышцам, в обеих группах, а на третий день эксперимента исполнители, пользующиеся воображением, исполняли мелодию точно так же, как исполнители, играющие на настоящем фортепьяно. В группе, занимающейся психической тренировкой, прогресс за пять дней был, хотя и существенным, но не настолько значительным, как у тех участников эксперимента, которые проводили физическую тренировку. Однако после того как первая группа закончила психические тренировки, и для ее участников был проведен двухчасовой сеанс физической тренировки, общий уровень исполнения участников повысился до того уровня исполнения, которого члены второй группы достигли за пять дней физических тренировок. Очевидно, что психическая тренировка — эффективный способ подготовки к освоению физического навыка с помощью минимальной физической тренировки. Тренинг в одиночной камере Все мы занимаемся тем, что ученые называют психической практикой, когда вспоминаем ответы на вопросы теста, учим текст роли или репетируем свое выступление, презентацию любого типа. Однако мы недооцениваем ее эффективность, потому что лишь немногие из нас делают это систематически. Некоторые спортсмены и музыканты пользуются ею для подготовки к выступлению, а известный пианист Гленн Гулд к концу своей карьеры, готовясь к записи какого-либо музыкального произведения, полагался, главным образом, на психическую тренировку. Одной из наиболее прогрессивных форм психической тренировки являются «ментальные шахматы», в которые играют без доски и фигур. Игроки представляют доску и шахматные фигуры, отслеживая позиции. Анатолий Щаранский, защитник прав человека из Советского Союза, использовал ментальные шахматы для того, чтобы выжить в тюрьме. Щаранский, еврей по национальности, был специалистом по компьютерам, которого в 1977 году ложно обвинили в шпионаже в пользу Соединенных Штатов. Он находился в тюрьме девять лет, из которых 400 дней провел в одиночном заключении в холодном, темном карцере размером полтора на два метра. Политические заключенные, находясь в изоляции, часто «сгорают» психически, потому что мозгу, руководствующемуся принципом «не использовать — значит потерять», необходима внешняя стимуляция для сохранения соответствующих карт. В течение этого продолжительного периода сенсорной депривации108 Щаранский играл в ментальные шахматы по несколько месяцев подряд, и, возможно, это помогло ему оградить свой мозг от распада. Он играл одновременно белыми и черными фигурами, удерживая все ходы в голове — беспримерная работа для мозга. Однажды Щаранский сказал мне — наполовину в шутку, наполовину всерьез, — что, если бы он продолжал играть в шахматы в уме, то мог бы стать чемпионом мира. После освобождения из тюрьмы ему удалось, с помощью представителей западной общественности, переехать в Израиль, где он стал членом кабинета министров. Когда чемпион мира по шахматам Гарри Каспаров играл против премьер-министра Израиля и членов кабинета, он выиграл у всех, кроме Щаранского. 108 Общепринятый термин для обозначения состояния, когда человек почти не получает никакой информации от органов чувств. — Прим. ред. Человек-калькулятор Благодаря результатам сканирования мозга людей, активно использующих психическую тренировку, мы можем предположить, что происходило в мозге Щаранского во время пребывания в тюрьме. Вспомните историю Рудигера Гамма, молодого немца, обладавшего обычным интеллектом, он превратил себя в математического гения, став человеком-калькулятором. Хотя от рождения Гамм не обладал исключительными математическими способностями, сегодня он может в уме возвести число в девятую степень или вычислить корень пятой степени из числа и за пять секунд отвечает на вопрос: «Сколько будет 68 умножить на 76?». Начиная с 20 лет, Гамм, работавший в то время в банке, начал по четыре часа в день заниматься тренировкой навыков расчетов. Когда ему исполнилось 26 лет, он стал гением вычислений и мог позволить себе зарабатывать на жизнь выступлениями на телевидении. Специалисты, обследовавшие его мозг в момент проведения вычислений с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), обнаружили, что у Гамма в процесс вычисления вовлекается больше участков мозга, чем обычно. Психолог Андерс Эрикссон — специалист по развитию профессионального мастерства, выявил, что люди, подобные Гамму, при решении математических задач полагаются на долговременную память, в то время как другие используют для этого кратковременную память. Профессионалы хранят в памяти не ответы, а основные факты и стратегии, которые помогают им эти ответы найти, и у них существует немедленный доступ к ним, словно они хранятся в краткосрочной памяти. Подобное использование долговременной памяти для решения проблем типично для специалистов в большинстве сфер деятельности, и Эрикссон выяснил, что для того, чтобы стать таким специалистом, как правило, требуется около десяти лет упорного труда. Можно и лежа на диване наращивать мышцы Одна из причин, по которой мы можем изменить наш мозг лишь с помощью воображения, заключается в том, что, с точки зрения нейрофизиологии, мысленное представление какого-либо действия и его совершение не очень отличаются. Когда люди закрывают глаза и представляют простой объект, такой как буква «а», активируется первичная зрительная кора, словно они действительно смотрят на эту букву. Сканирование мозга показывает, что в процессе действия и его мысленного представления происходит активация ряда одинаковых участков мозга. Именно поэтому визуализация может улучшить исполнение. С помощью эксперимента, который поражает своей простотой, Гуанг Ю и Келли Коул доказали, что визуализация использования мышц действительно их укрепляет. В исследовании участвовали две группы, одна из которых выполняла физическое упражнение, а другая представляла, что занимается им. Обе группы тренировали мышцы пальца с понедельника по пятницу в течение четырех недель. Первая группа выполняла серии из 15 максимальных сокращений мышцы с двадцатисекундным перерывом на отдых. Члены второй группы просто представляли, что совершают 15 максимальных сокращений мышцы, и одновременно воображали, что слышат голос, который кричит им: «Сильнее! Сильнее! Сильнее!». К концу исследования испытуемые, выполнявшие физическое упражнение, как и ожидалось, увеличили мышечную массу на 30 %. У тех, кто только представлял , что делает упражнение, за тот же период времени мышечная сила возросла на 22 %. Объяснение этих результатов кроется в двигательных нейронах мозга, которые «программируют» движения. Во время воображаемых сокращений нейроны, отвечающие за связывание последовательностей указаний для движений, активируются и укрепляются, приводя к повышению силы мышц при их сокращении. Остерегайтесь своих намерений, ибо они могут реализоваться Это исследование положило начало разработке первых приборов, которые реально «читают» намерения людей . Приборы для «перевода намерений» получают доступ к двигательным программам человека или животного, представляющего какое-либо действие, расшифровывают характерную электрическую «кривую» и передают команду на прибор, который претворяет задачу в действие. В настоящее время подобные приборы разрабатываются для того, чтобы полностью парализованные люди могли двигать предметы. Разработка этих приборов проходила в несколько этапов. В середине 1990-х годов двое нейробиологов из Университета Дьюка — Мигель Николелис и Джон Чапин — начали проведение серии поведенческих экспериментов, целью которых было научиться читать намерения животных. Они тренировали крысу нажимать на педаль, соединенную с рычагом, находившимся за пределами клетки. Каждый раз, когда крыса нажимала на педаль, электронное устройство наклоняло рычаг, и из желоба вытекала вода, которую она могла выпить. У крысы была удалена небольшая часть черепа, и в двигательную кору мозга вживлена группа электродов. Эти электроды фиксировали активность 46 нейронов в двигательной коре, задействованной в планировании и программировании движений (нейронов, которые обычно посылали команды по спинному мозгу к мышцам). Поскольку целью эксперимента была регистрация сложных намерений, оценка активности 46 нейронов должна была проводиться одновременно. Каждый раз, когда крыса дотрагивалась до педали, Николелис и Чапин регистрировали активацию программирующих движение нейронов, а небольшой компьютер оценивал и обрабатывал их сигналы. Вскоре компьютер «распознал» паттерн нейронной активности для нажатия на педаль. После того, как крыса научилась нажимать на педаль, Николелис и Чапин отсоединили ее от устройства, подающего воду. Теперь, когда крыса давила на педаль, ничего не происходило. Она отчаянно повторяла нажатие множество раз, но безрезультатно. Затем исследователи подсоединили подающее воду устройство к компьютеру, который был подключен к нейронам крысы. Теперь, в теории, каждый раз, когда у крысы появлялось намерение нажать педаль, компьютер должен был узнавать паттерн активации нейронов и посылать сигнал на устройство, чтобы оно выпустило воду. Всего через несколько часов крыса поняла, что для того чтобы получить воду, вовсе не обязательно нажимать на педаль. Достаточно просто представить свою лапу, нажимающую на педаль, и вода появится! Николелис и Чапин обучили выполнению этого задания четырех крыс. После этого они приступили к обучению обезьян, которые должны были помочь в осуществлении перевода еще более сложных намерений. Обезьяну Бель научили пользоваться джойстиком так, чтобы в момент, когда на панели дисплея зажжется ряд мигающих лампочек, она двигала им вслед за перемещающимся светом. Если ей это удавалось, она получала немного фруктового сока. Каждый раз, когда она перемещала джойстик, ее нейроны активировались, и компьютер проводил математический анализ паттерна их активации. Этот паттерн всегда возникал за 300 миллисекунд до того, как Бель делала движение рукой для перемещения джойстика (это время прохождения команды от мозга к мышцам). Когда обезьяна двигала джойстик вправо, в ее мозге возникал паттерн «передвинь руку вправо», и компьютер его улавливал; когда она двигала рукой влево, он улавливал соответствующий паттерн. Затем компьютер преобразовывал эти паттерны в математические команды, которые он посылал в механическую руку, которую Бель не видела. Эти математические паттерны также передавались из Университета Дьюка на вторую механическую руку, находящуюся в лаборатории в городе Кембридж, штат Массачусетс. Как и в эксперименте с крысой, механические руки были подключены к компьютеру, который читал паттерны в нейронах Бель. Ученые надеялись на то, что механические руки в Университете Дьюка и в Кембридже будут приходить в движение в то же самое время, как и рука Бель, то есть через 300 миллисекунд после возникновения у нее соответствующего намерения. Когда ученые беспорядочно зажигали лампочки на панели дисплея, а реальная рука Бель передвигала джойстик, то же самое делали механические руки, разделенные расстоянием в тысячу километров и приводимые в движение только намерениями животного, передаваемыми компьютером. С тех пор ученые научили несколько обезьян использовать свои намерения для управления движениями механической руки в любом направлении в трехмерном пространстве. Приматы совершали сложные движения например, дотягивались до предметов и брали их. Кроме того, обезьяны играли в видеоигры (и, похоже, им это нравилось), используя свои мысли для перемещения курсора по экрану и захвата движущейся цели. Николелис и Чапин надеялись, что их работа поможет больным с различными типами паралича. И это произошло в июле 2006 года, когда группа ученых из Университета Брауна, возглавляемая неврологом Джоном Донохью, использовала данную методику на людях. Тело молодого человека по имени Мэтью Нейгл, которому на момент начала эксперимента исполнилось 25 лет, было парализовано от самой шеи в результате повреждения спинного мозга, полученного при ударе ножом. В его мозг имплантировали крошечный силиконовый чип с сотней электродов, который был подключен к компьютеру. После четырех дней тренировок он мог с помощью мысленных намерений передвигать курсор на экране компьютера, открывать электронную почту, настраивать канал и громкость в телевизоре, играть в простую компьютерную игру и управлять механической рукой. Далее ученые планируют испытать подобное устройство на пациентах с мышечной дистрофией, инсультом и боковым амиотрофическим склерозом (заболеванием двигательного нейрона). Цель этих исследований заключается в том, чтобы, в конечном счете, имплантировать маленький набор микроэлектродов с батарейками и передатчиком размером с ноготь ребенка в двигательную кору головного мозга. Небольшой компьютер может быть подключен как к механической руке, так и беспроводным способом к пульту управления инвалидным креслом или к электродам, имплантированным в мышцы для инициирования движения. Исследователи надеются разработать технологии регистрирования активации нейронов, не требующие внедрения в тело, как микроэлектроды — возможно, это будет вариант аппарата для ТМС или прибора, разрабатываемого Таубом и его коллегами для обнаружения изменений в мозговых волнах. * * * Все эти эксперименты с намерениями показывают нам, насколько в действительности связаны воображение и действие, несмотря на нашу привычку считать, что они подчиняются разным правилам. Но подумайте: в некоторых случаях, чем быстрее вы можете что-то представить, тем быстрее вам удается это сделать. Жан Десети из французского города Лиона провел один простой эксперимент в различных вариантах. Если вы засечете время, необходимое вам для того, чтобы представить, как вы пишете свое имя «здоровой рукой», а потом — реальное время написания имени, то не увидите разницы. Когда же вы представляете, что пишете свое имя недоминирующей рукой (у правшей — левой), то вам потребуется больше времени для того, чтобы нарисовать этот процесс в своем воображении и реализовать его на бумаге. Правши убеждаются, что их «ментальная левая рука» действует медленнее, чем «ментальная правая рука». Проводя исследования с участием людей, перенесших инсульт, а также людей, страдающих болезнью Паркинсона (она приводит к замедлению движений), Десети наблюдал, что таким пациентам требовалось больше времени для того, чтобы представить, как они двигают поврежденной конечностью. Ученые думают, что замедление воображаемых и реальных действий происходит из-за того, что и те, и другие являются продуктом одной и той же двигательной программы в мозге109. Скорость, с которой мы создаем умственный образ движения, возможно, ограничивается скоростью активации нейронов, отвечающих за двигательные программы. «Колея эта — только моя, выбирайтесь своей колеей» Паскуаль-Леоне также занимается изучением вопроса о том, почему нейропластичность, которая способствует изменениям мозга, может одновременно становиться причиной ригидности110 и повторяемости. Если наш мозг настолько гибок и способен к преобразованиям, то почему же мы склонны к привычным повторениям? Паскуаль-Леоне рассказывает мне о том, что для обозначения понятия «пластичность» в испанском языке есть слово placticina, которое отражает то, чего нет в английском слове. Б испанском языке placticina также означает «пластилин». Он уверен, что пластичность нашего мозга настолько высока, что даже когда мы изо дня в день выполняем одно и то же действие, отвечающие за него нейронные связи каждый раз немного меняются в зависимости от того, что мы делаем в промежуточные интервалы времени. «Я представляю активность мозга, — рассказывает Паскуаль-Леоне, — в виде пластилина, с которым человек играет весь день». Все, что мы с ним делаем, всякий раз меняет форму этого куска пластилина. «Если вы сначала лепите из этого пластилина кубик, а потом превращаете его в шар, то вы можете вернуться к кубику. Однако это будет уже не тот же самый кубик, с которого вы начали». Результаты здесь не идентичны. В новом кубике молекулы расположены в ином порядке, чем в старом. Другими словами, одинаковые формы поведения, демонстрируемые нами в разное время, используют различные цепи . В его представлении даже в случае «излечения» пациента с неврологическими и психологическими проблемами, оно никогда не вернет его мозг в предшествующее состояние. «Система пластична, но не эластична», — говорит Паскуаль-Леоне громким голосом. Эластичную ленту можно растянуть, но она всегда вернется к своей прежней форме, и ее молекулы не изменят своего положения в процессе растяжения. А пластичный мозг постоянно претерпевает изменения под действием каждого контакта, каждого взаимодействия. Соответственно, возникает вопрос: если наш мозг так легко поддается преобразованиям, что же защищает нас от бесконечного изменения? Как нам удается оставаться самими собой? Сохранять внутреннюю последовательность нам, в известной степени, помогают наши гены, и то же самое делает повторение. Паскуаль-Леоне объясняет это с помощью метафоры. Он говорит, что пластичный мозг похож; на снежную гору зимой. Характеристики этой горы — наклон, наличие камней, плотность снега — это данность, так же, как наши гены. Когда мы съезжаем с нее на санках, мы можем ими управлять и доехать до подножия горы, следуя маршруту, который определяется нашим умением справляться с санками и характеристиками горы. Однако трудно предсказать, где точно закончится наш спуск, потому что это зависит от множества факторов. «Тем не менее, — говорит Паскуаль-Леоне, — можно с уверенностью сказать, что когда вы будете скатываться с горы во второй раз , то, скорее всего, не поедете неизвестно 109 Десети также доказал, что когда люди представляют, что идут с тяжелым грузом, их вегетативная нервная система — частота дыхания и пульса — активируется. 110 Ригидность — косность, упрямство, приверженность сложившимся схемам поведения, сопротивление любым изменениям. — Прим. ред. где — вдали от того пути, по которому двигались в первый раз. Возможно, вы повторите не совсем тот же путь, но он будет к нему ближе, чем любой другой. А если вы проведете целый день, скатываясь вниз, поднимаясь пешком наверх, снова скатываясь, то к вечеру вы освоите несколько путей (одни вы использовали множество раз, другими пользовались очень мало)… И вы проделаете на спуске трассы, по которым удобнее и привычнее спускаться, но эти трассы вовсе не будут определены генетически». Заложенные нами психические трассы могут привести нас к привычкам, хорошим или плохим. Если у нас формируется плохая осанка, ее становится трудно исправить. Если у нас развиваются хорошие привычки, они тоже «застывают». Но существует ли у нас возможность, после возникновения этих «трасс», или нейронных путей, сойти с них и перейти на другие? По мнению Паскуаль-Леоне, такая возможность есть, но сделать это сложно, потому что после того, как мы «накатали» эти трассы, они становятся «высокоскоростными» и очень эффективными с точки зрения управления санями при спуске с горы. Нам становится все сложнее переключиться на другой маршрут. Необходим какой- нибудь барьер, который заставит нас изменить направление. Школа тьмы В следующем эксперименте Паскуаль-Леоне занялся вопросом использования таких барьеров и показал, что изменения сложившихся путей и обширные пластические реорганизации могут происходить с неожиданной скоростью. Его работа по использованию барьеров началась, когда он услышал о необычном интернате в Испании, где преподаватели, обучающие слепых, начинали работу со знакомства с абсолютной темнотой. На неделю им завязывали глаза, чтобы они могли на собственном опыте почувствовать, что значит быть слепым. Завязывание глаз — это барьер для такого чувства, как зрение, поэтому в течение этой недели их тактильная чувствительность и способности ориентироваться в пространстве значительно усиливались. Они могли различать марки мотоциклов по звуку двигателя и определять предметы, находящиеся на их пути, по отраженному звуку. Когда приходило время снять повязки, преподаватели сначала чувствовали себя совершенно дезориентированными и не могли оценить окружающее пространство или видеть. Когда Паскуаль-Леоне узнал об этой школе тьмы, он подумал: «А почему бы не взять зрячих людей и не сделать их как бы совершенно слепыми». Участники его эксперимента ходили с завязанными глазами в течение пяти дней, затем он картировал их мозг с помощью ТМС. Он обнаружил, что при полной блокировке света — «барьер» должен был быть непроходимым — «зрительная» кора объектов начинала обрабатывать ощущения рук от прикосновений, как это происходило у слепых пациентов, изучающих азбуку Брайля. Однако самым поразительным было то, что реорганизация мозга произошла всего за несколько дней. С помощью результатов сканирования Паскуаль-Леоне показал: может потребоваться всего два дня для того, чтобы «зрительная» кора начала обрабатывать тактильные и звуковые сигналы. (Помимо этого временные слепые сообщали, что, когда они двигаются, чувствуют прикосновение или слышат звуки, у них возникают визуальные галлюцинации, в которых присутствуют красивые, сложные картины городов, небо, солнечные закаты, фигурки лилипутов, мультипликационные персонажи.) Для появления изменений была необходима абсолютная темнота, потому что зрение — это настолько сильное чувство, что при малейшем попадании света в глаза зрительная кора предпочитает обрабатывать эти сигналы, а не те, которые поступают от звука или прикосновения. Паскуаль-Леоне (так же, как в свое время Тауб) обнаружил, что для формирования нового пути мы должны блокировать или ограничить его конкурента — наиболее активно используемый путь. После того как участники эксперимента снимали повязки, их зрительная кора прекращала реагировать на тактильную или слуховую стимуляцию через 20–24 часа. Скорость, с которой зрительная кора переключалась на обработку звуков и прикосновений, заставила Паскуаль-Леоне задуматься над одним важным вопросом. Он считал, что для радикальной реорганизации мозга двух дней недостаточно. При искусственном культивировании клеток максимальный рост нейронов составляет один миллиметр в день. Значит, зрительная кора может начать обработку других чувств столь быстро только при условии, что в ней уже существуют подобные связи. Совместно с Роем Гамильтоном Паскуаль-Леоне взял идею о проявлении ранее существовавших путей и развил ее. Получалось, что радикальная реорганизация мозга, наблюдаемая у преподавателей школы тьмы, является не исключением, а правилом. Мозг человека способен к такой быстрой реорганизации, потому что его отдельные структуры не жестко связаны с обработкой определенных чувств. Мы можем (и регулярно это делаем) использовать отделы нашего мозга для выполнения множества разных задач. Но ведь понятие «зрительная кора» предполагает, что задача данного участка мозга заключается в обработке информации, поступающей от органов зрения, так же, как понятие «слуховая кора» подразумевает соответствующую ее специализацию. По мнению Паскуаль-Леоне, «наш мозг, на самом деле, организован не по принципу систем, которые обрабатывают заданные модальности органов чувств. Его организация скорее предполагает наличие ряда особых операторов». Оператор — это процессор мозга, который вместо обработки входящей информации от одного органа чувств (например, зрение, осязание или слух) обрабатывает более абстрактную информацию. Один оператор обрабатывает информацию о пространственных отношениях , другой — о движении , а третий — о формах . Пространственные отношения, движение и формы — это информация, поступает от разных органов чувств. Мы способны одновременно ощущать и видеть пространственные различия — например, насколько широка рука человека, — так же, как мы можем ощущать и видеть движение и формы. Некоторые операторы могут хорошо справляться только с одним чувством (например, оператор цвета), однако операторы пространственных отношений, движения и формы обрабатывают сигналы нескольких чувств. Выбор оператора происходит на конкурентной основе. Идея операторов использует теорию выбора нейронных групп, разработанную в 1987 году лауреатом Нобелевской премии Джералдом Эдельманом, который предположил, что при любом виде активности мозга происходит выбор группы нейронов, наиболее подходящей для решения определенной задачи. Эта почти дарвинистская конкуренция (нейронный дарвинизм, по выражению Джералда Эдельмана) постоянно разворачивается между операторами для определения того, кто из них может провести наиболее эффективную обработку сигналов от конкретного органа чувств и в конкретных обстоятельствах. Данная теория перекидывает изящный мостик между сторонниками жесткой специализации отделов мозга и специалистами по нейропластичности, делающими упор на способность мозга к самореструктуризации. Это означает, что люди, осваивающие новый навык, могут задействовать операторов, связанных с другими видами деятельности, значительно повышая их возможности при обработке информации, при условии, что им удастся создать барьер между нужным им оператором и его обычной функцией. Человек, столкнувшийся с крайне сложной задачей на прослушивание, например запоминание поэмы Гомера «Илиада», может завязать себе глаза, дабы привлечь к этой работе операторов, обычно связанных со зрением (поскольку многочисленные операторы в зрительной коре могут обрабатывать и звук). Во времена Гомера длинные поэмы сочинялись и передавались от поколения к поколению в устной форме. (Как известно, Гомер сам был слепым.) Заучивание наизусть играло важную роль в дописьменных культурах; таким образом, неграмотность могла подталкивать мозг людей к привлечению большего числа операторов для выполнения слуховых задач. Тем не менее подобные «подвиги» словесной памяти возможны и в культурах, обладающих письменностью, при наличии достаточной мотивации. Веками йеменские евреи заставляли своих детей запоминать всю Тору, а в современном Иране дети заучивают наизусть Коран. * * * Теперь мы видим, что мысленное представление какого-либо действия предполагает использование тех же самых двигательных и сенсорных программ, которые участвуют в его совершении. Долгое время наше отношение к жизни, связанной с воображением, было окрашено чем-то вроде священного трепета: мы считали ее чем-то чисто духовным, эфирным — отрезанным от материального. Теперь мы уже не можем сказать с уверенностью, где проходит тонкая линия, разделяющая материальное и нематериальное. Образы нашего нематериального сознания оставляют материальные следы. Двигательные намерения и воображаемые действия меняют физическое состояние нейронов мозга на микроуровне. Каждый раз, когда вы представляете, как прикасаетесь пальцами к клавишам пианино, вы что-то меняете в своем живом мозге…111 |