Пластичность мозга (часть 1)

Крах идеи локализационизма. Мы видим не глазами, а слышим не ушами. Как можно видеть языком

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 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 организм, а органы человеческого тела слишком сложны, чтобы уподоблять их неодушевленным машинам. 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 (сознание: https://vk.com/wall171287907_14258, зачем нужно сознание: https://vk.com/id171287907?w=wall171287907_14325/all). 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 написал книгу «Человек-машина», 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 (подробнее: https://vk.com/id171287907?w=wall171287907_13505/all). Первым важным достижением новой «механистической биологии» стало блистательное и оригинальное открытие Уильяма Гарвея. 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 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 механизм, состоящий из частей, каждая из которых расположена в заранее 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. 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 двигающиеся скульптуры мифологических персонажей. 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 энергии. 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. 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». 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.

Четыре фута десять дюймов

Бач-и-Рита — один из тех, кто отверг эти представления. Он выяснил, что наши сенсорные системы обладают исключительно 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 т.н. «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. «Мы видим благодаря нашему мозгу, а не глазам» — говорит Бач-и-Рита.

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). 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, наши глаза всего лишь чувствуют изменения световой энергии; а воспринимает их — т. е. видит — наш мозг. И 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 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, например, могут заменить сетчатку глаза, потому что как кожа, так и сетчатка представляют собой двухмерные поверхности, покрытые сенсорными рецепторами, которые в результате обеспечивают формирование трехмерной «картинки». 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. 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. Если мозг способен к самореорганизации, то теория локализационизма не дает о нем правильного представления и ошибочна. 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». Ничего подобного...

Первые ласточки

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 нейрофизиологи. Это представление нашло подтверждение, когда нейрофизиолог Вернон Маунткастл открыл, что зрительная, слуховая и осязательная зоны коры головного мозга имеют похожую шестислойную обрабатывающую структуру. (продолжение в комментарии)

Источник: vk.com

Комментарии: