Интервью для журнала Кот Шрёдингера

Интервью для журнала Кот Шрёдингера

[КШ] У вас в роду четыре поколения биологов — непрерывная традиция. Наверное, это повлияло на ваш выбор — пойти на биофак МГУ и стать нейрофизиологом?

[Татьяна Строганова] Нейрофизиологом — это, естественно, на биофак. Этому просто нигде не учили и не учат, кроме как на кафедре высшей нервной деятельности биофака. Это уникальное место, потому что там соединяются клеточные нейрофизиологи и нейрохимики с теми, кто занимается мозговыми структурами, и с теми, кто изучает мозг человека. Обычно те люди, которые занимаются клеточной или животной нейрофизиологией, с людской нейрофизиологией не очень-то соприкасаются. Но ведь если ты не понимаешь базовые процессы, бесполезно двигаться дальше.

Работа мозга на уровне нейронов. Что измеряет ЭЭГ.

[КШ] Я помню, как очень давно вы мне рассказывали о мозговых ритмах, которые тогда начинали измерять и анализировать. Это ведь такая интегральная штука?

[ТС] Это как раз и плохо. Лучше бы чего попроще.

[КШ] Что же на самом деле измеряет ЭЭГ? И какое всё это имеет отношение к тому, что происходит внутри?

[ТС] Это интересный вопрос — что же на самом деле все эти приборы (ЭЭГ и МЭГ) измеряют. Нейроны работают на электричестве, и существуют два типа работы нейрона. Первый — это электрический разряд, когда в нейроне возникает достаточно быстрый ток, который бежит по нервному волокну и достигает нейрона-мишени. Второй тип связан с медленными изменениями внутренних дендритных потенциалов. У нейрона есть множество отростков, на которые может приходить возбуждение. Нейрон разбрасывает свои «ветви» в разные стороны и принимает огромное количество приходящих импульсов от других нейронов и нейронных сетей. И у него есть только один выход — аксон.

Если суммарная сила внутренних дендритных токов недостаточна для прохождения нервного импульса, то передачи возбуждения другому нейрону не происходит. Следовательно, не возникает цепочки возбуждённых нейронов, которые и являются той электрической схемой, на которой работает мозг. То есть дендритные потенциалы могут либо удалить нейрон от порога срабатывания, либо, напротив, приблизить к нему.

[КШ] А может ли нейрон вступить во взаимодействие сразу с несколькими нейронами?

[ТС] Конечно, потому что выход для электрического импульса один, и он либо сработал, либо нет. А дальше кончик аксона может ветвиться, так что один нейрон сможет возбудить несколько соседей.

В мозге есть масса механизмов, которые предотвращают срабатывание сразу многих нейронов — одновременную разрядку их потенциалов действия. Потому что в норме работа мозга — это очень строго оркестрованное порционное возбуждение и торможение нейронных групп. Ну и что же вы мерите, господа?

[КШ] Получается, что ЭЭГ не отражает деятельность мозга?

[ТС] Она её отражает, и вот в каком смысле... Электрод энцефалографа стоит на поверхности головы, и между генерирующей структурой (корой мозга) и электродом находится, на минуточку, кость, у которой с проводимостью совсем плохо. А ещё кожа, у которой с ней, напротив, хорошо, и всё это влияет на измерения. И как мы знаем из физики, токи и диполи — это, вообще-то, векторные величины, и для того чтобы суммироваться, они должны располагаться параллельно, а не хаотично. А они располагаются по-разному. Кора мозга — это шестислойная структура. И в этих слоях нейроны организованы колонками. Представьте себе, что эти слои сложены из столбиков монет разного цвета: нижний — синий слой, потом идёт жёлтый, красный... Цвет монет создаёт слой, а сами столбики создают нейронные колонки. Такова колончато-слоистая организация коры мозга. И вот в этих колонках есть в том числе пирамидальные нейроны — большие нейроны, ориентированные ортогонально поверхности коры (в третьем и пятом слоях). И единственное, что мы на самом деле мерим, — это активность пирамидальных нейронов.

[КШ] А давно это поняли?

[ТС] Да, довольно давно. Однако из тех людей, которые занимаются ЭЭГ, мало кто это понимает. Они не понимают, что видят очень выделенную часть того, что происходит. Но я всегда считала, что меньше — это лучше, потому что проще разобраться.

Итак, ты меришь довольно сильные, хорошо суммируемые дендритные потенциалы (суммация коротких импульсов — дело тяжёлое, поскольку окно возможностей для этого очень маленькое). Именно на основании этих потенциалов нейроны принимают решение, разрядиться им или нет. И не так уж плохо это звучит.

Альфа-ритма, мю-ритм и другие

[ТС] Исследования мозговых ритмов у человека начались с того, что в 1929 году немецкий психиатр Ганс Бергер, приложив электрод к голове, обнаружил, что человеческий мозг генерирует электрическую активность. И что она имеет ритмическую природу — осциллирует. Это означает, что нейрон то приближается к порогу срабатывания возбуждения или торможения, то удаляется от него. И это почти синусоидальный процесс.

Бергер открыл с помощью ЭЭГ альфа-ритм, и до сих пор на альфа-ритме делаются тысячи работ. Оказалось, что этот ритм очень чувствителен к разного рода нагрузкам. И основное, что он делает (это довольно любопытно), — он исчезает, когда кора мозга занята своей работой... Выяснили также, что этот ритм создаётся зрительной корой мозга, которая находится в затылочной доле. Это зрительный ритм. Но давайте вернёмся к началу моих собственных исследований — когда я наконец-то обрела свою собственную базу и меня оттуда никто не гнал.

Первое, с чем я столкнулась, когда мы начали измерять ЭЭГ у младенцев, была очень любопытная вещь. Я начала записывать энцефалограмму и обнаружила, что мне очень мешает детская моторная активность, — она мешает что-либо зафиксировать, кроме артефактов мышц головы. А ещё ребёнок потеет, и это даёт дополнительные артефакты. Слава богу, у меня был к тому моменту опыт матери — ну, игрушечку подвигать и т. д.

Мы начали с исследования зрительных альфа-ритмов — как этот ритм реагирует на что-то. Например, как он уходит. Это происходит как раз в тот момент, когда зрительные нейроны начинают заниматься своим делом. Когда им надо прицельно и точно обрабатывать зрительную информацию, они рассинхронизируются.

А когда они синхронно колеблются в альфа-ритме, они находятся в неактивном состоянии — инактивированы. И природа этой инактивации может быть двоякой. Первая инактивация связана с тем, что зрительная информация просто не поступает. Вторая, активная инактивация заставляет зрительную систему «заткнуться», поскольку обработка зрительной информации мешает в этот момент выполнить какую-то другую важную задачу.

Объясню на простом примере. Аналогичный ритм существует в сенсомоторной системе — это мю-ритм. Когда ты движешься, он отсутствует, но если замрёшь, он начнётся — в твоей сенсомоторной коре. Если кошка следит за мышью, которая должна появиться из норки, у неё регистрируется мю-ритм. Такой же ритм в слуховой системе — тау-ритм. В каждой сенсорной системе существует свой ритм инактивации. Когда кошка следит за норкой, у неё, конечно, есть приток сенсомоторной информации. Но его обработка давится, потому что основной приток, который ей надо обрабатывать, зрительный.

[КШ] Получается, что разные функции мозга как бы уступают друг другу активность.

[ТС] Да. Эту так называемую регуляторную инактивацию подробнейшим образом исследовали на животных. Именно она обеспечивает привилегированный канал поступления сенсорной информации. И когда я стала мерить ЭЭГ у грудных детей, первое, что я увидела, был сенсомоторный мю-ритм, когда они чрезвычайно напряжённо наблюдали за манипуляциями с игрушками. Это было совершенно потрясающе, потому что до этого его мало кто описывал. Более того, многие принимали его за альфа-ритм. Но ведь альфа-ритм как раз блокируется при активной обработке зрительной информации! Значит, они видели какой-то другой ритм и принимали его за альфа.

То, что я увидела, когда стала исследовать грудных детей, — это была полная сумятица и непонимание того, что же означают все эти ритмы. И я поняла, что надо навести порядок и разобраться наконец, какие виды ритмов существуют и с чем они функционально связаны. Это была моя первая настоящая научная работа. С неё начались мои зарубежные публикации, и это была первая часть моей научной биографии.

Тета-ритм и процесс обучения

[ТС] Я очень люблю эти мои младенческие исследования, они были чрезвычайно интересны. Потому что ещё есть ритм, который связан с памятью и эмоциями, — тета-ритм. В мозге взрослого человека он довольно слабый, потому что в экспериментальных условиях очень трудно вызвать те состояния, которые его обеспечивают. Это очень высокий уровень умственного напряжения, когда память переходит в режим извлечения информации онлайн.

[КШ] Какая же функция оказывается тут незадействованной?

[ТС] Правильный вопрос! Тета-ритм помогает сконцентрироваться только на обработке данной конкретной информации. Когда он возникает, это значит, что вся лишняя информация отбрасывается. Мы показали, что если у взрослого человека на спектральном анализе ЭЭГ этот ритм почти незаметен, то у грудного ребёнка наблюдаются мощные, почти синусоидальные тета-ритмы в течение 2–3 минут. Нам тогда говорили: «Вы эпилептические судороги записываете у малыша, а не настоящий ритм — такой синхронизации просто быть не может».

[КШ] Младенцы пытаются так на чём-то концентрироваться...

[ТС] Они не пытаются! Они так на чём-то сконцентрированы, как вам и не снилось. Потом эта способность теряется — природа от нас отступает... Потом уже выяснилось, что это связано с нейрохимией мозга, которая фантастически меняется за период нашего развития. Они — те самые герои, которые в раннем возрасте сконцентрированы так, как способны во взрослом возрасте лишь немногие из нас. Например, когда сосут палец — у них тогда регистрируются бешеные тета-ритмы, и в это время никакая другая информация недоступна для обработки. Тета-ритм возникает и при кормлении.

[КШ] А медитация у взрослых?

[ТС] Да, есть особые типы медитации у взрослых, которые вызывают тета-ритмы. А знаете, когда бывает самый крутой тета-ритм? Когда вы с ребёнком разговариваете. Под влиянием речевого воздействия в лобной коре начиная примерно с 4–5-го месяца регистрируется бешеный тета-ритм. И ещё когда он манипулирует чем-то, например игрушками (ориентировочно-исследовательская деятельность), — это вообще самый эффективный способ вызвать тета-ритм.

Вообще это основной ритм мозга грудного ребёнка, в отличие от взрослого человека. И мы показали, что эта концентрация внимания может иметь у малыша и когнитивную природу. И сделали это на очень простом эксперименте — на примере игры в «ку-ку»: один человек сидел за энцефалографом, а другой играл с ребёнком. Он появлялся из-за экрана, говорил: «Привет, ты меня ждёшь?» и опять исчезал. Если это повторить несколько раз, появление становится предсказуемым — ребёнок уже знает, что ты появишься в следующий раз. И он концентрирует своё внимание на пустом пространстве. Это фантастика! Тётеньки нет, но он извлекает её образ из своей памяти, и именно ожидание её появления управляет его вниманием, а не непосредственное сенсорное окружение.

[КШ] Иными словами, его предшествующий опыт?

[ТС] Опыт и его желание развлечься. А вокруг при этом масса отвлекающих вещей, и ему нужно их блокировать, организуя своё поведение на основе цели и предшествующего опыта. Цель — развлечься и получить соответствие своего прогноза реальности. И мощнейший тета-ритм при этом.

[КШ] Означает ли это, что тета-ритм всегда возникает при процессах обучения?

[ТС] Точно. Там требуется концентрация, извлечение и погружение информации в память.

[КШ] Способность к концентрации у нас ведь генетическая?

[ТС] А мы не знаем... но это любопытно. Мы показали, что есть сильная корреляция между мощностью этого ритма и способностью ребёнка концентрировать внимание (один может 2 секунды ждать, а потом отворачивается, другой — 10–15 секунд) — но не на внешней информации, а на содержании своей памяти. Или же насколько ребёнок мотивирован — разделить это трудно.

Интересно также, что при ожидании этот ритм возникает исключительно во фронтальной коре. Это наиболее эволюционно поздняя кора, и у нас по сравнению с нашими ближайшими родственниками — приматами её объём резко увеличен. Её также называют основным тормозящим центром мозга, поскольку она способна затормозить любое поведение, которое не соответствует цели. Тета-ритм означает, что фронтальная кора вступила во взаимодействие с резервуаром памяти онлайн.

Почему мы всем этим занимались? Потому что у нас не было в руках никаких более тонких и точных инструментов исследования человеческого мозга. И я до сих пор считаю, что применение ЭЭГ для исследования младенцев сильно недооценено. И что с ЭЭГ можно сделать массу суперинтересных вещей, несмотря на то что это очень простой инструмент и дешёвый. И сейчас, когда мы стали работать на МЭГе, я хочу опять вернуться к ЭЭГ младенцев, но уже на совершенно другом уровне.

А тогда нас интересовали тета-ритмы у здоровых детей, и мы их стали исследовать на парах годовалых близнецов. У нас были моно- и дизиготные близнецы, то есть генетически идентичные (близнецы) и наполовину генетически схожие (двойняшки). Идея очень простая: если некое исследуемое свойство определяется чистой генетикой, то близнецы будут похожи на 100%, а двойняшки — на 50. Если же оно зависит только от внешней среды, то и двойняшки, и близнецы будут одинаково похожи.

И выяснилась удивительная вещь: если мы говорим о мощности сенсорных ритмов — зрительных, слуховых, моторных и проч., — то там 70% генетики. Что же касается тета-ритма, то обнаружился значительный вклад систематической среды. Всё это было опубликовано, но странным образом не привлекло внимания.

[КШ] То есть способность к обучению — это в значительной мере результат действия среды?

[ТС] Да, и это очень странно. Генетический вклад там всё равно больше, но вклад среды был достоверен. Но какая же это может быть систематическая среда? И мы тогда открыли «эффект бабушки». Понятно, что взаимодействие человека с человеком, коммуникация — это основной источник всего в грудном возрасте. И мы получили, что в семьях с бабушкой дети показывали более сильный тета-ритм под нагрузкой. Никакой магии: возможности младенческой фронтальной коры невелики, но есть внешний концентратор — бабушка. Это эффект тренировки.

[КШ] Означает ли это, что тета-ритм можно тренировать?

[ТС] На первом году жизни да.

[КШ] А если тренироваться всю жизнь — ну, занимаясь наукой, например?

[ТС] А этого никто никогда не проверял. Как правило, те, кто использует ЭЭГ для анализа активности мозга грудных детишек, не понимают, что, не уравняв их поведенческие состояния, они не имеют права анализировать информацию о ритмах. Эти ритмы чрезвычайно тонко отражают изменения в состоянии мозга. Один ребёнок пришёл к вам в замечательном состоянии, и ему тётя понравилась. А другой ребёнок, которого вы еле успокоили, — он, конечно же, не сможет сконцентрироваться. Поэтому все измерения нужно проводить под нагрузкой — это была моя идея. И гарантировать, что вовлечение внимания одинаково у обоих детей, играющих в игрушки.

[КШ] Удивительно, что раньше никому не приходило в голову обеспечить повторяемость условий эксперимента.

[ТС] Это другая культура, понимаете? Исследования мозга — да, простыми инструментами, но которые базируются на естественно-научных подходах. И исследования, которые пришли совершенно с другой стороны — из психологии. Они принципиально разные.

[КШ] А психология — это вообще не естественно-научная область знания.

[ТС] Но она сейчас очень быстро становится ею.

Комментарии: