Норман Дойдж. Пластичность мозга. Норман Дойдж Пластичность мозга
 Скачать 1.82 Mb.
|
|
Еще о таинственных аппаратах В 1969 году ведущий европейский научный журнал, Nature, опубликовал небольшую статью, которая казалась научно-фантастической. Ее автор, Пол Бач-и-Рита, был известным ученым-теоретиком и одновременно врачом, занимавшимся реабилитацией больных — а подобное сочетание встречается достаточно редко. В статье описывался аппарат, который давал слепым от рождения людям возможность видеть. У всех участников эксперимента была повреждена сетчатка глаза, и всех их считали полностью неизлечимыми. О статье в журнале Nature писали The New York Times, Newsweek и Life, однако вскоре сам аппарат и его изобретатель оказались преданными забвению, возможно, из-за того, что описанное в статье казалось совершенно невероятным. Статья сопровождалась фотографией странного вида аппарата: на ней можно было увидеть большое зубоврачебное кресло старого образца с вибрирующей спинкой, сплетение проводов и громоздкие компьютеры. Вся эта конструкция, сделанная из выброшенных на свалку деталей и электронных приборов производства 1960-х годов, весила четыреста фунтов (около 150 кг). Слепой от рождения человек (!) — никогда не имевший зрительного опыта — садился в кресло, стоящее позади большой камеры, которая по размерам напоминала камеры, используемые в то время на телевидении. Слепой «сканировал» находящееся перед ним пространство, поворачивая рукоятки, приводящие в движение камеру. Камера посылала преобразованное в электрические сигналы изображение на обрабатывающий их компьютер. Затем электрические сигналы передавались на четыреста вибрирующих стимуляторов (генераторов стимулирующих импульсов), расположенных рядами на металлической пластине, прикрепленной к внутренней стороне спинки кресла. Эти стимуляторы соприкасались с кожей слепого пациента. Они действовали как элементы изображения: вибрировали, отображая темные части пространства, а передавая более светлые тона и детали, оставались неподвижными. Это устройство, которое назвали «тактильно- зрительным аппаратом», позволяло слепым людям читать, распознавать лица и тени , а также различать, какие объекты находятся ближе к ним, а какие дальше. Оно давало им возможность открыть для себя перспективное видение и наблюдать за тем, как объекты меняют форму в зависимости от угла зрения. Шесть участников эксперимента научились распознавать такие объекты, как телефон, даже тогда, когда он был частично загорожен вазой. Они даже были способны узнавать по фотографии Твигги — анорексичную супермодель, невероятно популярную в те годы. Все участники эксперимента, испытавшие на себе тот громоздкий тактильно- зрительный аппарат, переживали удивительный опыт нового восприятия, трансформируя тактильные ощущения в зрительные образы и обретая тем самым возможность видеть людей и предметы. После непродолжительной тренировки слепые участники эксперимента начинали воспринимать находящееся перед ними пространство как трехмерное , несмотря на то что информация поступала с двухмерного блока стимуляторов на их спинах. Если кто-то бросал в сторону камеры мяч, участник эксперимента автоматически отпрыгивал назад, чтобы увернуться от него. Когда пластину с вибрирующими стимуляторами перемещали со спины на живот испытуемого, достоверность восприятия информации о происходящем перед камерой оставалась прежней. Когда их щекотали рядом со стимуляторами, они не путали щекочущие прикосновения с визуальными стимулами. Сознательное перцептивное 4переживание возникало не на поверхности кожи, оно воспринималось как объективное — происходящее в окружающем мире. И эти переживания имели комплексный характер. После определенного периода тренировок участники эксперимента могли поворачивать камеру и говорить, к примеру, следующее: «Это Бетти; сегодня ее волосы распущены, и она без очков; у нее открыт рот, и она двигает правой рукой от левой стороны головы к затылку». Правда, зрительное разрешение часто было слабым, но, как сказал бы Бач-и-Рита, зрение необязательно должно быть идеальным, чтобы быть зрением. «Когда мы идем по улице, окутанной туманом, и видим очертания здания, — спрашивает он, — разве мы воспринимаем его искаженным из-за недостаточного разрешения? Когда мы видим предмет в черно-белом варианте, мы все-таки прекрасно различаем его, несмотря на отсутствие цвета?» Слишком необычно, чтобы быть правдой Этот ныне забытый аппарат стал одним из первых и самых смелых устройств, показавших возможности нейропластичности: возможность с успехом использовать одну из наших сенсорных систем 5 для замещения другой. Однако полученные результаты тогда сочли неправдоподобными и проигнорировали, поскольку ученые были уверены, что структура мозга неизменна и наши сенсорные системы (а точнее, пути, по которым полученные извне сигналы поступают в наши умы) жестко запрограммированы. У такого подхода и сегодня есть множество сторонников. Это направление называется «локализационизм ». Он тесно связан с представлением о том, что мозг похож на сложный механизм, состоящий из частей, каждая из которых выполняет строго определенную функцию и находится в генетически предопределенном или запрограммированном локализованном участке коры головного мозга — отсюда и название. Мозг, который запрограммирован и в котором каждая психологическая или физиологическая функция реализуется в строго определенном месте, не предполагает никакой пластичности. Немного истории Мысль о сходстве мозга с механизмом вдохновляет и направляет науки о нервной системе с тех пор, как эта мысль была впервые высказана в семнадцатом веке и пришла на смену более мистическим представлениям о душе и теле. Под впечатлением от открытий Галилея (1564–1642), утверждавшего, что планеты — неодушевленные тела, приводимые в движение механическими силами, ученые пришли к убеждению, что вся природа 4 Перцептивный означает относящийся к восприятию (или, реже — к представлению, воображению). Перцепция — восприятие, передставление (от лат. perceptio). Восприятие — это уже результат переработки первичных непосредственных ощущений в нашем мозгу. Благодаря процессу восприятия (анализу и синтезу первичных ощущений) мозг выстраивает перцептивные образы , которые и представляют собой «картину» окружающего нас мира. Как раз об этом и говорит фраза: «Человек видит не глазами (т. е. не за счет первичных ощущений, которые могут быть даже тактильными), а мозгом» (за счет восприятия — т. е. комплексного анализа и синтеза всей поступающей информации). — Прим. ред. 5 Сенсорной системой называют весь комплекс структур организма, обеспечивающих работу определенного органа чувств (зрительная сенсорная система, слуховая, тактильная и т. п.). К сенсорной системе относятся: воспринимающие ощущение чувствительные клетки на периферии тела; проводящие его нервные пути, участки мозга, которые обрабатывают соответствующие сигналы и т. д. — Прим. ред. функционирует как большие космические часы, подчиняющиеся законам физики, и начали объяснять все (даже живые структуры — включая органы нашего тела) механистически . Идея о том, что вся природа подобна огромному механизму, вытеснила введенное греками и просуществовавшее две тысячи лет представление о том, что природа — огромный живой организм6, а органы человеческого тела слишком сложны, чтобы уподоблять их неодушевленным машинам. Тем не менее первым важным достижением новой «механистической биологии» стало блистательное и оригинальное открытие Уильяма Гарвея (1578–1657). Гарвей, изучавший анатомию в итальянском городе Падуе, где читал лекции Галилей, выяснил, как происходит циркуляция крови в теле человека, и продемонстрировал, что наше сердце работает по принципу насоса, который, как известно, представляет собой простейшее техническое устройство. Вскоре многим ученым стало казаться, что для того чтобы быть научным, объяснение должно носить механистический характер — а именно подчиняться механистическим законам движения. Вслед за Гарвеем французский философ Рене Декарт (1596–1650) писал, что мозг и нервная система человека также функционируют наподобие насоса. По его мнению, наши нервы представляют собой трубки, идущие от конечностей к мозгу и обратно. Декарт стал первым человеком, сформулировавшим теорию рефлексов , согласно которой при прикосновении к коже человека легкие воздухообразные частицы устремляются по нервным трубкам к мозгу и механически «отражаются», возвращаясь к мышцам и приводя их в действие. Как бы примитивно это ни звучало, Декарт был не так уж далек от истины. Вскоре ученые усовершенствовали нарисованную им картину, заявив, что по нервам двигаются не воздухообразные частицы, а электрический ток. Идея Декарта о сходстве мозга со сложным техническим устройством достигла своей кульминационной точки в современном представлении о мозге как о компьютере и в локализационизме. Мозг начали рассматривать как механизм7, состоящий из частей, каждая из которых расположена в заранее 6 Древние греки рассматривали природу как огромный живой организм. Они считали: если все вещи занимают место, значит, они состоят из материи; если они двигаются, значит, они живые; и поскольку они действуют упорядоченно, то используют ум. Это была первая великая идея о природе, созданная человечеством. На самом деле греки проецировали себя на макрокосм и утверждали, что он живой и является отражением их самих. Уверенные в том, что природа живая, они не выступали против идеи пластичности или идеи о том, что орган мышления может расти. Сократ в своей «Республике» утверждал, что человек может тренировать свое сознание так же, как гимнасты тренируют свои мышцы. После открытий, совершенных Галилеем, родилась вторая великая идея, сторонники которой воспринимали природу как механизм. Механицисты проецировали на космос образ машины, описывая Вселенную как огромные «космические часы». Затем они интернализировали этот образ и применяли его к людям. Например, физик Жульен Оффрей де Аа Меттри (1709–1751) написал книгу «Человек-машина» (L’Homme-machine), в которой представил людей в виде механизмов. Однако далее возникла еще более грандиозная идея природы, снова вдохнувшая в природу жизнь. Ее вдохновителями стали Буффон и другие ученые. Согласно этой идее природа представляет собой разворачивающийся процесс, а это значит, что природа воспринимается как история . В соответствии с этой точкой зрения Вселенная является не механизмом, а эволюционирующим процессом, который меняется с течением времени. Идея природы как истории заложила основы теории эволюции Дарвина. Однако для нас наиболее важно то, что эта точка зрения в принципе не отрицала представления о пластических изменениях. Более подробно об этом говорится в Приложении 2 и первом примечании к этому приложению. См. R. G. Collingwood. 1945. The idea of nature. Oxford: Oxford University Press; R. S. Westfall. 1977. The construction of modern science: Mechanisms and mechanics. Cambridge: Cambridge University Press, 90. 7 Сравнение с машиной имело ряд важных достоинств; оно позволило проводить более здравые исследования мозга, основанные на наблюдении и свободные от мистицизма. Тем не менее такой способ суждения о живом мозге всегда был обедненным, и сами механицисты это понимали. Гарвей интересовался жизненными силами не меньше, чем механизмами, а Декарт утверждал, что описанное им сложное мозговое устройство приводится в действие душой, хотя и не мог объяснить, как это происходит. Таким образом, он «разрезал» человека на две части: живая (нематериальная) душа может изменяться , и материальный мозг, который на это неспособен. Другими словами, он поместил, по остроумному выражению одного философа, «призрака в машину». Кстати говоря, на создание модели нервной системы Декарта вдохновили гидравлические фонтаны в Сен-Жермен-ан-Лей, где подаваемая с помощью помпы вода оживляла определенном месте и выполняет одну функцию, в результате чего при повреждении одной из этих частей заменить ее невозможно; в конце концов, машины не умеют отращивать новые части. Идея локализационизма также была применена к органам чувств. Возникло представление о том, что каждое из наших чувств — зрение, слух, вкус, осязание, обоняние, равновесие — имеет специальные сенсорные клетки, специализирующиеся на обнаружении одной из разнообразных форм окружающей нас энергии8. При стимуляции эти сенсорные клетки посылают электрический сигнал по соответствующему нерву в определенный участок мозга, где происходит обработка ощущения. Ученые считали, что деятельность этих участков настолько специализированна, что один участок не может выполнять работу другого. Четыре фута десять дюймов Бач-и-Рита — один из тех, кто отверг эти представления. Он выяснил, что наши сенсорные системы обладают пластичной природой и что в случае повреждения одной из них другая иногда может взять на себя выполнение ее функций. Бач-и-Рита назвал этот процесс «сенсорным замещением » и разработал способы приведения его в действии, а также устройства, дающие нам «сверхчувства». Открыв возможность адаптации нервной системы к видению с помощью камеры, а не сетчатки глаза, Бач-и-Рита подарил слепым людям величайшую надежду на появление ретинальных имплантатов, которые можно ввести в глаз хирургическим путем. Бач-и-Рита — уникальный специалист в целом ряде областей: медицине, психофармакологии, нейрофизиологии глаза, психофизиологии зрения и биоинженерной технике. Он следует своим идеям независимо от того, куда это может привести. Он говорит на пяти языках. Бач-и-Рита длительное время жил в Италии, Германии, Франции, Мексике, Швеции и в разных частях Соединенных Штатов. Он работал в лабораториях ведущих ученых и лауреатов Нобелевской премии, но он никогда не идет на поводу у чужого мнения. Он не участвует в политических играх ради карьеры. Став врачом, он в определенный момент перестал заниматься медициной и переключился на базовые исследования. Этот человек задавал вопросы, на первый взгляд, противоречащие здравому смыслу. Например, двигающиеся скульптуры мифологических персонажей. 8 С начала девятнадцатого века ученые стремились понять, что определяет различие наших чувств, и это порождало множество дискуссий. Некоторые утверждали, будто все наши нервы переносят один и тот же вид энергии и что единственное различие между зрением и осязанием носит количественный характер: глаз может улавливать пучок света, потому что он более тонкий и чувствительный орган, чем орган осязания. Другие полагали, что нервы каждого органа чувств переносят энергию разных видов, соответствующих конкретному чувству, и что нервы одного органа чувств не могут замещать нервы другого органа чувств или выполнять его функции. Эта точка зрения победила и была закреплена в виде «закона специфической энергии нервов», предложенного Иоганнесом Мюллером в 1826 году. Мюллер писал: «Нерв каждого органа чувств способен на формирование только одного определенного типа ощущений, а не тех, которые присущи другим органам чувств; таким образом, нерв одного чувства не может занять место и выполнять функции нерва другого чувства». J. Muller. 1838. Handbuch der Physiologie des Menschen, bk. 5, Coblenz, reprinted in R. J. Herrnstein and E. G. Boring, eds. 1965. A source book in the history of psychology. Cambridge, MA: Harvard University Press, 26–33, especially 32. Тем не менее сам Мюллер принимал свой закон с оговорками и признавал, что не уверен в том, вызвана ли специфическая энергия определенного нерва им самим или головным или спинным мозгом. Однако об этих оговорках часто забывали. Эмиль де Буа-Реймонд (1818–1896), студент Мюллера и его последователь, размышлял над тем, что, появись у нас каким-нибудь образом возможность «кросс-коммутировать» зрительные и слуховые нервы, смогли бы мы видеть звуки и слышать воздействие света. E. G. Boring. 1929. A history of experimental psychology. New York: D. Appleton-Century Co., 91. См. также S. Finger. 1994. Origins of neuroscience: A history of explorations into brain function. New York: Oxford University Press, 135. такие: «Необходимы ли для зрения глаза, уши для слуха, язык для вкуса, нос для обоняния?» А затем, когда ему исполнилось сорок четыре года, он снова вернулся к медицине и поступил в резидентуру9 по одной из наиболее скучных специальностей — реабилитационная медицина. Его целью стало превращение интеллектуального болота в науку за счет применения в действии того, что он узнал о пластичности мозга. Бач-и-Рита — крайне непритязательный человек. Он питает пристрастие к пятидолларовым костюмам и носит одежду из магазинов Армии спасения в тех случаях, когда это проходит не замеченным для его жены. Он ездит на ржавой машине, купленной двенадцать лет назад, а его жена — на новом автомобиле «Passat». Голову Бач-и-Риты украшает копна волнистых седых волос; его кожа имеет смуглый оттенок человека из средиземноморского региона, в жилах которого течет кровь испанцев и евреев; он говорит тихо и быстро и выглядит намного моложе своих шестидесяти девяти лет. Он производит впечатление рассудочного человека, но при этом с мальчишеским пылом относится к своей жене Эстер (она, родившаяся в Мексике, является потомком индейцев майя). Он привык быть аутсайдером. Он вырос в Бронксе; при поступлении в среднюю школу его рост составлял четыре фута десять дюймов из-за таинственной болезни, которая задержала его рост на восемь лет; и ему дважды ставили предварительный диагноз «лейкемия». Более крупные сверстники избивали его практически ежедневно, и за годы учебы у него сформировался невероятно высокий болевой порог. В двенадцать лет у Бач-и- Риты произошел разрыв аппендикса, и врачи диагностировали у него редкую форму хронического аппендицита. А затем… он вырос на восемь дюймов и впервые победил в драке. Мы едем по городу Мэдисон в Висконсине, где Бач-и-Рита живет во время своих приездов из Мексики. Он полностью лишен претенциозности и за время наших многочасовых разговоров позволяет себе всего лишь одно замечание, которое при большом желании можно было бы назвать самодовольным. «Я могу соединить что угодно с чем угодно», — произносит он с улыбкой. Мы видим благодаря нашему мозгу, а не глазам «Мы видим благодаря нашему мозгу, а не глазам »10 — говорит Бач-и-Рита. Это утверждение противоречит здравому смыслу и основанному на нем представлению, что мы видим глазами, слышим ушами, ощущаем вкус с помощью языка, различаем запахи с помощью носа и осязаем через кожу. Вряд ли найдется человек, который подвергнет сомнению эти факты. Однако, по мнению Бач-и-Риты, наши глаза всего лишь чувствуют изменения световой энергии; а воспринимает их — т. е. видит — наш мозг. Для Бач-и-Риты неважно, каким образом ощущение попадает в мозг. «Когда слепой человек пользуется тростью, он двигает ею взад и вперед, и только одна точка, а именно, конец трости, служит для него источником информации, поступающей через кожные рецепторы на руке. Тем не менее это движение тростью позволяет ему разобраться, где 9 Резидентура — последипломная больничная подготовка врачей в США, предусматривающая специализацию интерном, в течение одного года, и резидентом, в течение 3–5 лет. — Прим. перев. 10 Перцептивный означает относящийся к восприятию (или, реже — к представлению, воображению). Перцепция — восприятие, передставление (от лат. perceptio). Восприятие — это уже результат переработки первичных непосредственных ощущений в нашем мозгу. Благодаря процессу восприятия (анализу и синтезу первичных ощущений) мозг выстраивает перцептивные образы , которые и представляют собой «картину» окружающего нас мира. Как раз об этом и говорит фраза: «Человек видит не глазами (т. е. не за счет первичных ощущений, которые могут быть даже тактильными), а мозгом» (за счет восприятия — т. е. комплексного анализа и синтеза всей поступающей информации). — Прим. ред. находится дверной проем или стул. Затем слепой использует эту информацию для того, чтобы подойти к стулу и сесть на него. Хотя он получает сигналы лишь через рецепторы на руке (именно там происходит его „взаимодействие“ с тростью) в результате он воспринимает не давление трости на руку, а облик комнаты: стулья, стены, трехмерное пространство. Реальная рецепторная поверхность на руке становится всего лишь ретранслятором информации, портом передачи данных . В ходе этого процесса рецепторная поверхность утрачивает свою тождественность». Бач-и-Рита определил, что кожа и ее тактильные рецепторы могут заменить сетчатку глаза11, потому что как кожа, так и сетчатка представляют собой двухмерные поверхности, покрытые сенсорными рецепторами, которые в результате обеспечивают формирование трехмерной «картинки». Однако одно дело найти новый порт передачи данных или способ передачи ощущений в мозг. И совсем другое — расшифровка этих кожных ощущений мозгом и их преобразование в картину реальности. Чтобы сделать это, мозг должен научиться чему-то новому, а тот участок головного мозга, который связан с обработкой осязательной информации, должен адаптироваться к новым сигналам. Эта способность к адаптации и предполагает, что мозг пластичен, т. е. способен реорганизовать свою сенсорно- перцептивную систему. И снова о локализационизме Если мозг способен к самореорганизации, то теория локализационизма не дает о нем правильного представления. Однако даже Бач-и-Рита прежде был ее сторонником. Впервые о локализационизме заговорили всерьез в 1861 году, когда хирург Поль Брока занялся лечением пациента, перенесшего инсульт. Больной потерял способность говорить и мог произносить только одно слово. Что бы его ни спрашивали, он отвечал: «Тэн, тэн». Когда пациент умер, Брока анатомировал его мозг и обнаружил поврежденную ткань в левой лобной доле. Скептики выражали сомнение в том, что речь может быть локализована в одном участке мозга, пока Брока не продемонстрировал им поврежденную ткань, а потом сообщил о других пациентах, утративших способность говорить и имевших повреждения в том же самом месте. Специалисты дали этому участку название «область Брока» и предположили, что именно этот участок координирует движения мышц губ и языка. Вскоре другой врач, Карл Вернике, связал повреждения в еще одном участке головного мозга с другой проблемой: неспособностью понимать язык. Вернике предположил, что поврежденный участок отвечает за ментальную репрезентацию слов и понимание речи. Этот участок известен как «область Вернике». В течение последующих ста лет происходило лишь подтверждение положений теории локализационизма на основе новых данных исследований, позволявших уточнить карту мозга. К сожалению, в дальнейшем ученые начали преувеличивать силу доказательств, свидетельствующих в пользу привычной теории. Это подкреплялось наблюдениями, указывающими на связь повреждений конкретного участка мозга с потерей определенных психологических или физиологических функций. Получалось, что каждая функция мозга имеет только определенное локализованное место. Идея была выражена в короткой фразе: «одна функция — один локализованный участок». Первые ласточки 11 С технической точки зрения, картинка может формироваться на двухмерной поверхности как кожи, так и сетчатки глаза, потому что они обнаруживают информацию одновременно . А благодаря последовательным , или серийным , изменениям информации они обе могут формировать движущиеся картинки. Для идеи пластичности начался век обскурантизма, и любые исключения из теории «одна функция — один локализованный участок» научная общественность игнорировала. Еще в 1868 году Жюль Котар провел обследование детей, страдавших выраженным заболеванием мозга, при котором левое полушарие (включая область Брока) «чахнет». Однако он обнаружил следующее. Несмотря ни на что, эти дети по-прежнему могли нормально разговаривать! Это означало, что хотя речь действительно обрабатывается в левом полушарии, мозг обладает пластичностью, достаточной для того, чтобы в случае необходимости провести самореорганизацию. В 1876 году Отто Солтманн провел эксперимент, в ходе которого удалил щенкам и кроликам двигательную зону коры головного мозга (часть мозга, отвечающую за движение) и обнаружил, что после операции у подопытных животных сохранилась способность двигаться! Эти первые ласточки — первые свидетельства о пластичности мозга были погребены под волной энтузиазма, связанного с теорией… локализационизма. Бач-и-Рита начал сомневаться в идеях локализационизма в начале 1960-х годов, когда жил в Германии. В то время он присоединился к команде ученых, которые изучали работу зрения, измеряя с помощью электродов электрический импульс, поступающий из области обработки зрительной информации в головном мозге кошки. Члены команды были полностью уверены в том, что при показе кошке какого-либо изображения электрод, помещенный в области обработки зрительной информации, должен показать на энцефалограмме электрический всплеск, указывающий на обработку этого изображения. Так и произошло. Однако когда кто-то случайно дотронулся до кошачьей лапы, область зрительного восприятия снова активировалась, и это указывало на то, что данная область также обрабатывает информацию от прикосновения. Кроме того, ученые выяснили, что зрительная зона активируется и в том случае, когда кошка слышит звуки. Именно тогда Бач-и-Рита пришел к мысли о том, что идея «одна функция — один локализованный участок» может быть неверной. «Зрительная» область мозга кошки принимала во внимание как минимум еще две функции — осязание и слух. Он предположил, что преобладающая часть мозга выполняет «полисенсорные» функции, так как сенсорные области мозга способны обрабатывать сигналы от нескольких органов чувств. Это возможно потому, что чувствительные рецепторы наших органов чувств преобразуют самую разную информацию о внешнем мире в паттерны электрических импульсов, которые передаются по нашим нервам. Эти паттерны представляют собой универсальный язык «общения» внутри мозга. Для самих нейронов не существует визуальных образов, звуков, запахов или ощущений. Бач-и-Рита понял, что участки мозга, где происходит обработка этих электрических импульсов, гораздо менее специализированны, чем считали нейрофизиологи12. Это представление нашло подтверждение, когда нейрофизиолог Вернон Маунткастл открыл, что зрительная, слуховая и осязательная зоны коры головного мозга имеют похожую шестислойную обрабатывающую структуру. Для Бач-и-Риты это означало, что любой участок коры должен обладать способностью к обработке любых посылаемых в него сигналов, и что, в конечном счете, модули нашего мозга более универсальны, чем принято было считать. Следующие годы Бач-и-Рита посвятил изучению исключений из теории локализационизма13. Знание нескольких иностранных языков позволило ему познакомиться 12 Об относительной однородности коры головного мозга свидетельствует тот факт, что ученые, работающие с крысами, могут трансплантировать кусочки «зрительной» коры в ту часть мозга, которая обычно обрабатывает осязательную информацию, и эти трансплантаты начнут обрабатывать сигналы, поступающие от органов осязания. См. J. Hawkins and S. Blakeslee. 2004. On intelligence. New York: Times Books, Henry Holt & Co., 54. 13 В 1977 году с помощью новой методики было доказано, что (вопреки утверждению Брока, что человек говорит с помощью левого полушария) 95 % здоровых правшей обрабатывают языковую информацию в левом с ранними научными работами, не переведенными на английский, и заново открыть исследования, проводимые до того, как в мире науки окончательно воцарился локализационизм. Занимаясь своими изысканиями, он обнаружил работу Мари-Жан-Пьера Флоренса, который еще в 1820-х годах утверждал, что мозг человека способен к самореорганизации14. А еще он прочитал написанную на французском языке работу Поля Брока, которую часто цитировали, но редко издавали в переводе, и выяснил, что даже Брока, в отличие от своих последователей, не отвергал полностью идею пластичности мозга. «Игрушка для взрослых» Успешное применение разработанного им тактильно-зрительного аппарата еще больше вдохновило Бач-и-Риту на создание собственной картины работы человеческого мозга. В конце концов, чудом был не его аппарат, а мозг человека, который жил, менялся и адаптировался к новым видам искусственных сигналов. Бач-и-Рита предположил, что в процессе реорганизации тактильные (осязательные) сигналы (первоначально обрабатываемые в осязательной зоне коры головного мозга) перенаправляются в зрительную зону коры для дальнейшей обработки. Это означает, что нейронный путь претерпевает развитие: идет от кожи к зрительной зоне. Сорок лет назад, когда господствовали другие взгляды, Бач-и-Рита начал свою акцию протеста. Он признавал достижения наук о мозге, но утверждал, что «большое количество свидетельств указывает на то, что мозг демонстрирует двигательную и сенсорную пластичность». Шесть журналов отказались печатать одну из его статей, и вовсе не потому, что в ней были представлены спорные данные, а из-за того, что автор осмелился включить в ее название слово «пластичность». После публикации статьи Бач-и-Риты в журнале Nature его любимый наставник Рагнар Гранит (получивший в 1965 году Нобелевскую премию в области физиологии за работу по изучению сетчатки глаза) пригласил своего ученика на чай. Гранит попросил жену выйти из комнаты и, похвалив работу Бач-и-Риты о мышцах глаза, спросил его — зачем он впустую тратит время на «эту игрушку для взрослых». Однако Бач- и-Рита не отступил: он начал публиковать доказательства пластичности мозга, написав ряд книг и несколько сотен статей, и приступил к разработке теории, позволяющей объяснить механизмы пластичности. Устройства, предоставляющие людям «сверхчувства» Хотя теперь Бач-и-Риту больше всего интересовало объяснение пластичности мозга, он продолжал изобретать устройства для сенсорного замещения. Он работал совместно с инженерами над уменьшением размеров тактильно-зрительного аппарата для слепых. полушарии, а оставшиеся 5 % — в правом. Семьдесят процентов левшей обрабатывают эту информацию в левом полушарии, но 15 % делают это с помощью правого полушария, а еще 15 % используют для этого оба полушария. S. P. Springer and G. Deutsch, G. 1999. Left brain right brain: Perspectives from cognitive neuroscience. New York: W. H. Freeman and Company, 22. 14 Флоренс доказал, что при удалении у птиц больших частей мозга психические функции утрачиваются. Но, наблюдая за птицами в течение целого года, он также обнаружил, что утраченные функции часто восстанавливаются. Он пришел к заключению, что мозг птиц реорганизовал сам себя, так как его оставшиеся части могли взять на себя выполнение утраченных функций. Флоренс утверждал, что нервную систему и мозг следует рассматривать как динамичное целое, а не просто сумму частей, и что преждевременно предполагать, что психические функции имеют неизменное местоположение в мозге. М.-J.-P. Flourens. 1824/1842. Recherches exp Hrimentales sur les proprmtus et les fonctions du systiime nerveux dans les animaux vertubrus. Paris: Ва Шиге. Бач-и-Риту также вдохновили идеи таких ученых, как Карл Лэшли, Пол Уэйс и Чарльз Шеррингтон, которые доказывали, что мозг и нервная система могут, в случае удаления частей или нарушения связи между ними, заново обретать утраченные функции. Громоздкая и тяжелая пластина с вибрирующими стимуляторами, прикрепляемая к спине, была заменена тонкой пластиковой полоской, покрытой электродами, которая теперь приклеивалась на язык. Бач-и-Рита полагает, что язык идеальный «интерфейс между мозгом и аппаратом»; это прекрасный пункт входа в мозг, потому что наш язык очень чувствителен и на нем даже нет лишенного чувствительности слоя омертвевшей кожи. Размеры компьютера также значительно уменьшились, а камеру, которая когда-то была похожа по своим габаритам на чемодан, теперь можно было закрепить на оправе очков. Бач-и-Рита трудится и над другими изобретениями, обеспечивающими сенсорное замещение. Агентство NASA выделило ему средства на разработку электронной «чувствующей» перчатки для астронавтов, работающих в открытом космосе. Используемая ранее перчатка была настолько толстой, что астронавтам было сложно ощущать маленькие предметы или совершать тонкие движения. Поэтому он поместил на внешнюю сторону перчатки электрические сенсоры, которые передавали сигналы на руку. Затем он воспользовался опытом разработки перчатки для астронавтов, и создал аналогичную для людей, страдающих проказой (заболевание калечит кожу и разрушает периферические нервы, приводя к потере чувствительности рук). Новая перчатка тоже имела сенсоры на внешней стороне и посылала сигналы на здоровый участок кожи, где нервы не были затронуты болезнью. Таким образом, здоровая кожа превращалась во входные ворота для ощущений в руках. После этого Бач-и-Рита приступил к работе над перчаткой, позволяющей слепым людям читать с экрана компьютера, и даже занялся проектом по созданию… презерватива. Бач-и-Рита надеется, что его изобретение поможет больным с повреждениями спинного мозга (которые не могут чувствовать оргазм из-за полной утраты чувствительности полового члена) вернуть радости секса. Идея этого устройства основана на том, что сексуальное возбуждение, как и любое другое чувственное впечатление, формируется «в мозге», поэтому ощущения от сексуальных движений, собираемые сенсорами на презервативе, можно преобразовать в электрические импульсы, из которых мозг «построит» полноценное сексуальное возбуждение. Бач-и-Рита продолжал разрабатывать устройства, предоставляющие людям «сверхчувства», такие как ночное видение и видение в инфракрасных лучах. Он разработал прибор для подразделений «Морских котиков», который помогает пловцам определять местонахождение своего тела под водой, и еще одно, успешно протестированное во Франции, которое сообщает хирургам точное положение скальпеля, посылая сигналы с прикрепленного к скальпелю электронного датчика на маленькое устройство, присоединенное к их языку. Мозг восстанавливается даже после тяжелого инсульта Интерес Пола Бач-и-Риты к восстановлению мозга возник под влиянием удивительного выздоровления его собственного отца, каталонского поэта и филолога Педро Бач-и-Риты, после перенесенного им инсульта. В 1959 году у Педро (он был в то время шестидесятипятилетним вдовцом) случился инсульт, в результате которого наступил паралич лица и половины тела, а также потеря речи. Врачи сказали брату Пола Бач-и-Риты, Джорджу (ныне он калифорнийский психиатр), что у его отца нет надежды на выздоровление и что Педро придется поместить в специальное лечебное учреждение. Вместо этого Джордж, который в то время изучал медицину в Мексике, перевез парализованного отца из Нью-Йорка, где тот жил, к себе в Мексику и поселил у себя в доме. Сначала Джордж попытался организовать для отца восстановительное лечение в Американо-Британском госпитале, который предлагал только стандартный четырехнедельный курс реабилитации, так как в те годы никто не верил в пользу продолжительного лечения. Спустя четыре недели состояние отца ничуть не улучшилось. Он по-прежнему оставался беспомощным: его приходилось сажать на унитаз и снимать с него, а также мыть под душем, что Джордж выполнял с помощью садовника. «К счастью, он был некрупным мужчиной, весившим всего сто восемнадцать фунтов15, так что мы могли с ним справиться», — говорит Джордж. Джордж, хотя и изучал медицину, ничего не знал о реабилитации, и этот его пробел оказался для семьи настоящим благословением: Джорджу удалось добиться успеха благодаря нарушению всех существующих правил — благодаря свободе от пессимистических теоретических представлений. «Я решил, что вместо того чтобы учить отца ходить, я должен прежде всего научить его ползать. Я сказал: „Мы начинаем свою жизнь, ползая по полу, теперь тебе придется снова некоторое время поползать“. Мы купили ему наколенники. Сначала мы держали его так, чтобы он опирался на все четыре конечности, но его руки и ноги действовали не очень хорошо, поэтому это требовало большого напряжения». Затем Джордж заставил отца ползать самостоятельно, опираясь парализованным плечом и рукой о стену. «Это ползание вдоль стены продолжалось несколько месяцев. Когда он добился определенных успехов, я даже заставлял его ползать в саду, что привело к проблемам с соседями: те говорили, что неправильно и неприлично заставлять профессора ползать как собаку. Я мог воспользоваться только одной моделью — моделью обучения маленьких детей. Поэтому мы играли в разные игры на полу, во время которых я катал маленькие шарики, а он должен был их ловить. Или мы разбрасывали по полу монеты, а отец старался поднять их своей плохо действующей правой рукой. Все, что мы пытались делать, было связано с превращением реальных жизненных ситуаций в упражнения. Так мы придумали упражнение с тазами. Отец держал таз здоровой рукой и заставлял свою немощную руку (она плохо поддавалась контролю и совершала судорожные толчкообразные движения) двигаться по кругу: пятнадцать минут почасовой и пятнадцать минут против часовой стрелки. Края таза удерживали его руку. Мы продвигались вперед небольшими шагами, каждый из которых накладывался на предыдущий, и понемногу ему становилось лучше. Через некоторое время отец начал помогать мне в разработке последующих этапов. Он хотел достичь той точки, когда сможет сесть и поесть со мной и другими студентами-медиками». Занятия проходили ежедневно и длились по множеству часов, но постепенно Педро перешел от ползания к передвижению на коленях, затем стоячему положению тела и в конце концов ходьбе. Своей речью Педро занимался самостоятельно, и примерно через три месяца появились первые признаки ее восстановления. Несколько месяцев спустя у него возникло желание вернуть себе способность писать. Он садился перед печатной машинкой, помещал средний палец на нужную клавишу, а затем опускал всю руку, чтобы ее нажать. Научившись справляться с этой задачей, он начал опускать только кисть и, наконец, пальцы, каждый в отдельности. Со временем он снова сумел нормально печатать. К концу года здоровье Педро, которому на тот момент было шестьдесят восемь лет, восстановилось настолько, что он вернулся к преподаванию в Сити-колледже в Нью-Йорке. Ему нравилась его работа, и он занимался ею до тех пор, пока не вышел на пенсию в возрасте семидесяти лет. После этого он временно выполнял обязанности преподавателя в Университете штата в Сан-Франциско, еще раз женился и продолжал работать, а также путешествовал. Он вел активный образ жизни еще семь лет после инсульта. Посещая своих друзей, живущих в Боготе в Колумбии, он поднялся высоко в горы. На высоте девяти тысяч футов16 у него случился инфаркт, и вскоре после этого он умер. Ему было семьдесят два года. Я спросил Джорджа, понимает ли он, насколько необычным было выздоровление его 15 53,5 кг. — Прим. ред. 16 2743 м. — Прим. ред. отца после перенесенного инсульта, и думал ли он в то время, что это выздоровление результат пластичности мозга. «Я рассматривал то выздоровление исключительно с точки зрения заботы о папе. Однако Пол в последующие годы говорил о произошедшем в контексте нейропластичности. Правда, это началось не сразу, а после смерти отца», — ответил он. Тело Педро было доставлено в Сан-Франциско, где работал Пол Бач-и-Рита. Это случилось в 1965 году, когда еще не умели делать сканирование мозга, поэтому в те дни было принято проводить аутопсию, она была единственным способом, позволяющем врачам изучить заболевания мозга и понять причину смерти пациента. Пол попросил доктора Мэри Джейн Агилар провести аутопсию тела отца. «Несколько дней спустя Мэри Джейн позвонила мне и сказала: „Пол, приезжай. Мне нужно кое-что тебе показать“. Когда я добрался до старого Стэндфордского госпиталя, то увидел лежащие на столе предметные стекла, на которых находились срезы тканей мозга моего отца». Он застыл в молчании. «У меня возникло чувство отвращения, но в то же время я понимал возбужденное состояние Мэри Джейн, потому что стекла показывали, что в результате инсульта ткани мозга отца получили огромные повреждения и что восстановить сами ткани было совершенно невозможно, даже несмотря на то, что Педро удалось восстановить все функции своего организма. Я был просто ошеломлен. Я потерял дар речи. Я думал: „Вы только посмотрите на все эти повреждения“. В эту минуту Мэри Джейн сказала: „Как вам удалось добиться его выздоровления при таких повреждениях?“» Изучив стекла более внимательно, Пол обнаружил, что повреждения затронули, главным образом, ствол головного мозга — участок мозга, наиболее близкий к спинному мозгу, — и что инсульт также разрушил другие важные центры в коре, контролирующие движение. Девяносто семь процентов нервов, идущих от коры больших полушарий к позвоночнику, были уничтожены, и эти катастрофические повреждения стали причиной паралича. «Я понял, что это означает, что во время занятий отца с Джорджем его мозг каким-то образом полностью реорганизовал сам себя. До этого момента мы не знали, насколько удивительным было выздоровление отца, потому что не имели ни малейшего представления о степени повреждения, так как в те дни не существовало сканирования мозга. В случае выздоровления людей мы склонны в первую очередь предполагать, что повреждения были не очень серьезными. Мэри Джейн хотела, чтобы я стал соавтором работы, которую она написала о случае моего отца. Я не смог этого сделать». История отца Пола стала полученным из первых рук доказательством того, что даже в случае массивного поражения мозга у пожилых людей может наступить выздоровление. Однако после изучения поражений тканей мозга отца и анализа специальной литературы Пол нашел другие свидетельства, указывающие на то, что мозг способен к самореорганизации для восстановления своих функций после тяжелого инсульта. Он обнаружил, что еще в 1915 году американский психолог Шеперд Айвори Франц сообщал о случаях позднего выздоровления пациентов, которые были парализованы в течение двадцати лет, благодаря стимулирующим мозг упражнениям. «Соединять что угодно с чем угодно» Выздоровление немолодого отца Бач-и-Риты подтолкнуло его снова изменить свою карьеру. В возрасте сорока четырех лет он вернулся к занятиям медициной и закончил резидентуру по специальностям «неврология» и «реабилитационная медицина». Он понял, что для выздоровления пациентов их необходимо мотивировать, с помощью упражнений, максимально приближенных к действиям, выполняемым в реальной жизни (как это было с его отцом). Бач-и-Рита вплотную занялся лечением последствий инсульта, сфокусировав свое внимание на «поздней реабилитации», оказании помощи людям в преодолении серьезных неврологических проблем спустя годы после их возникновения, а также на разработке компьютерных видеоигр, позволяющих обучить людей, перенесших инсульт, снова двигать руками. Кроме того, Пол начал использовать свои знания о пластичности мозга при разработке специальных упражнений для своих пациентов. Традиционный курс реабилитации, как правило, заканчивался через несколько недель, когда процесс улучшения состояния пациента как бы «останавливался», и у врачей пропадала мотивация для продолжения лечения. Однако Бач-и-Рита, основываясь на своих знаниях о восстановлении нервных путей, пришел к убеждению, что эти остановки носят временный характер и являются частью цикла обучения, основанного на пластичности мозга — за фазами обучения следуют периоды закрепления . Хотя очевидного прогресса на этапе закрепления17 не наблюдается, в этот период происходят внутренние биологические изменения, в ходе которых новые навыки совершенствуются и приобретают автоматический характер. Бач-и-Рита разработал программу для людей с повреждениями двигательных лицевых нервов. Больные были не способны приводить в действие мышцы лица и, таким образом, не могли закрыть глаза, четко говорить или выражать эмоции, что делало их похожими на роботов. Бач-и-Рита хирургическим путем присоединял один из «лишних» нервов, обычно идущий к языку, к лицевым мышцам пациента. Затем он разработал программу упражнений для мозга, которая обучает «языковой нерв» (а точнее, контролирующий его участок мозга) действовать в качестве лицевого нерва. Пациенты, занимавшиеся по этой программе, научились выражать обычные эмоции на своем лице, говорить и закрывать глаза — еще один пример способности Бач-и-Риты «соединять что угодно с чем угодно». Сенсорные системы можно перепрограммировать Через тридцать три года после публикации статьи Бач-и-Риты в журнале Nature ученые, использовавшие маленькую современную версию его тактильно-зрительного аппарата, провели сканирование мозга пациентов и подтвердили, что тактильные ощущения, получаемые ими через язык, действительно обрабатываются в зрительной зоне коры головного мозга. Все обоснованные сомнения в том, что сенсорные системы можно перепрограммировать, были не так давно отметены в ходе одного из самых удивительных экспериментов в области пластичности мозга, проведенных в наше время. Этот эксперимент включал в себя перепрограммирование путей передачи не осязательной и зрительной информации, как это делал Бач-и-Рита, а слуховой и зрительной. Невролог Мриганка Сур хирургическим путем «перемонтировала» мозг новорожденного хорька в возрасте одного дня. Обычно зрительные нервы идут от глаз к зрительной зоне коры головного мозга, однако Сур перенаправила зрительные нервы хорька от зрительной зоны к слуховой и обнаружила, что после такой операции хорек может видеть. С помощью электродов, имплантированных в мозг животного, Сур доказала: когда оперированный хорек видит, нейроны в зрительной зоне его мозга начинают действовать и обрабатывать зрительную информацию. Слуховая кора, обладающая именно той пластичностью, о которой всегда говорил Бач-и-Рита, преобразовала сама себя и обрела структуру и функции зрительной коры. Хорьки, подвергшиеся этой операции, не имели остроту зрения 20/20: она составляла примерно треть от этого показателя, или 20/60 (не хуже, чем у некоторых людей, пользующихся очками). 17 В настоящее время высказываются предположения, что на этапе закрепления нейроны вырабатывают новые белки и меняют свою структуру. См. E. R. Kandel. 2006. In search of memory. New York: W. W. Norton&Co., 262. Прежде подобные преобразования казались совершенно необъяснимыми. Общеизвестно, что «зрительная зона» (обрабатывающая зрительную информацию) находится у нас в затылочной доле мозга, а в височной доле — «слуховая зона» и т. п. Оказывается, все гораздо сложнее. Области мозга представляют собой пластичные устройства обработки информации, связанные друг с другом и способные воспринять самые разнообразные входящие сигналы. Черил — не единственный человек, которому помог странный «шлем» Бач-и-Риты. Со времени нашего знакомства команда использовала аппарат для улучшения функции равновесия и хождения еще пятидесяти пациентов. У некоторых из них были такие же повреждения, как у Черил; другие пострадали от травмы мозга, инсульта или болезни Паркинсона. Значение работы Пола Бач-и-Риты заключается в том, что среди представителей своего поколения ученых он стал первым, который не только пришел к пониманию пластичности мозга, но и применил свои знания на практике для того, чтобы облегчить страдания людей. Когда у Черил заново развилось вестибулярное чувство — или в мозге слепых людей сформировались новые нейронные проводящие пути, позволяющие им распознавать предметы, перспективу или движение, — то все эти изменения были не загадочными исключениями, а подтверждениями правила: сенсорные зоны коры головного мозга пластичны и способны к адаптации. Когда мозг Черил научился реагировать на искусственный рецептор, заменивший поврежденный, не происходило ничего особенного. Недавно работа Бач-и-Риты вдохновила когнитивного психолога Энди Кларка на остроумное заявление: «Все мы — прирожденные киборги». Он хотел сказать, что пластичность мозга позволяет нам совершенно естественным образом подключаться к различным устройствам, таким как компьютеры и электронные приборы. Однако наш мозг также способен осуществлять самореструктуризацию в ответ на информацию, поступающую от простейших вспомогательных средств, таких как тросточка слепого человека. В конечном счете пластичность — это свойство мозга, присущее ему с доисторических времен. Наш мозг представляет собой гораздо более открытую систему, чем мы можем предположить; к тому же природа сделала очень многое, чтобы помочь нам в восприятии и понимании окружающего нас мира. Она дала нам мозг, который выживает в постоянно меняющемся мире за счет самоизменения. |