Поле чудес

В стандартном изложении нейроанатомии карта коры Бродмана, составленная Корбинианом Бродманом в 1909 году, содержит 52 пронумерованных поля. Однако любой, кто листал оригинальный атлас, замечал, что нумерация не непрерывна: номера с 12 по 16 и с 48 по 51 не имеют никаких соответствующих областей на карте человеческой коры. Это не опечатка, а сознательный выбор Бродмана. В своей монографии он объяснял, что эти поля отчётливо различимы у нечеловеческих приматов и других млекопитающих — например, островковая кора у мартышек подразделяется на поля 14–16, а у лемуров — на поля 13–16, — но в человеческой коре он не смог найти гомологичных структур.

В атласе 1909 года островок человека обозначен как «J.ant» и «J.post», без присвоения номеров. Иными словами, «пропавшие номера» маркируют именно те области, которые в ходе эволюции перешли у человека из разряда различимых в разряд неразличимых. Более поздние исследования ещё больше усложнили эту картину. Кавамура Мицуру указывает, что Бродман составил не одну, а несколько карт человеческой коры. В монографии 1909 года поле 12 не обозначено, но в пересмотренных картах 1910 и 1914 годов в медиальной части поля 11 орбитальной лобной коры поле 12 уже явно присутствует. Это означает, что по крайней мере в последующих работах самого Бродмана отсутствие перестало быть окончательным вердиктом — поле 12 перешло из категории неразличимых в категорию различимых.

Этот факт напоминает, что существование или несуществование коркового поля отчасти зависит от инструмента наблюдения и аналитической рамки, а не только от свойств самого мозга. Даже для полей, имеющих официальный номер, межиндивидуальная анатомическая изменчивость оказалась значительно выше, чем предполагали ранние исследователи. Команда Юлихского исследовательского центра при построении атласа JuBrain проанализировала по десять человеческих мозгов для каждого поля и рассчитала вероятностное распределение их положения и размеров. Двадцатилетняя работа привела к ключевому выводу: различия в объёме и границах полей между индивидами носят систематический характер, а не являются шумом. В зрительной системе, например, цитоархитектоническое картирование полей 17 и 18, выполненное группой Катрин Амунтс, показало, что положение этих полей значимо различается между полушариями — слева они расположены более каудально и медиально, чем справа, — а разброс между индивидами очень велик. Ещё более показательны данные по зоне Брока. Количественно измерив распределение плотности клеток в полях 44 и 45 у десяти человек, группа Амунтс обнаружила, что объём поля 44 может различаться у разных людей в десять раз, а цитоархитектонические границы не совпадают с очертаниями борозд и извилин. Это означает, что использование макроскопических анатомических ориентиров для локализации зоны Брока на индивидуальном уровне может давать значительную ошибку. То же исследование выявило, что асимметрия поля 44, когда слева оно больше, чем справа, присутствует во всех мозгах, тогда как у поля 45 такой асимметрии нет, а сама картина асимметрии плотности клеток у мужчин более единообразна, чем у женщин.

Современные исследования функциональной коннективности ещё глубже раскрывают смысл этой изменчивости. Работа, опубликованная в 2015 году, показала, что размеры патчей, то есть участков мозговых систем, систематически различаются у разных индивидов, причём изменения размеров разных патчей внутри одной системы положительно коррелируют. Иными словами, если у данного человека одна часть системы крупнее среднего, другие части той же системы тоже склонны быть крупнее. А когда система расширяется, доступное корковое пространство для соседних систем соответственно сокращается — это своего рода игра с нулевой суммой за корковую территорию. Если границы и объёмы полей уже настолько изменчивы, что происходит, когда целое поле или даже обширная область коры полностью отсутствуют в ходе развития? В 2009 году в журнале PNAS был описан случай, привлёкший широкое внимание: у десятилетней девочки правое полушарие перестало развиваться до седьмой недели эмбриогенеза, и она родилась только с левым полушарием.

Тем не менее её неврологические функции были удивительно сохранны — она видела обоими полями зрения, поскольку зрительные пути перераспределились в левое полушарие, а левая половина тела хотя и была слабее, но сохраняла функцию. Этот случай широко освещался в прессе, но его глубинная логика давно понятна нейроучёным: развитие мозга — это не строительство по чертежу, а процесс, следующий алгоритмическому картированию, и чем раньше произошло повреждение, тем выше потенциал ремодуляции. Ещё более радикальный случай описан в испанском клиническом исследовании. Двадцатиоднолетний студент третьего курса специальности промышленная инженерия проходил плановое обследование, и МРТ выявила у него гигантскую кисту в левой лобной и височной долях. Извилины F1, F2 и F3 лобной доли, а также большая часть левой височной доли полностью отсутствовали, частично сохранённым оставался лишь передний отдел гиппокампа. Результаты нейропсихологического тестирования показали общий IQ 100, то есть средний уровень, вербальный IQ 94, невербальный IQ 108. Речевая функция была полностью сохранна, без фонологических, грамматических и каких-либо иных нарушений, тесты исполнительных функций, включая тест Струпа, Висконсинский тест сортировки карточек и тест следования по линиям, находились в пределах нормы, внимание, рабочая память и планирование также не обнаруживали отклонений. Значение этого случая не в чудесной риторике, а в вызове, который он бросает гипотезам о фиксированной локализации функций в коре. Согласно стандартной карте, pars opercularis и pars triangularis извилины F3 соответствуют полям 44 и 45 Бродмана, то есть зоне Брока. У этого пациента левая F3 полностью отсутствовала, а его речь при этом была нормальной. Наиболее простое объяснение состоит в том, что функция была принята гомологичными областями правого полушария. Каков бы ни был конкретный механизм, вывод однозначен: анатомическая реализация корковых функций значительно гибче, чем фиксированные координаты на карте.

Однако задолго до этих западных публикаций те же закономерности были установлены советской цитоархитектонической школой — прежде всего И. Н. Филимоновым, Е. П. Кононовой, С. А. Саркисовым и позднее Т. А. Богословской, — которая не просто подтвердила огромную межиндивидуальную изменчивость корковых полей, но и принципиально переопределила само понятие поля. Кононова прямо указывала, что размеры и положение одного и того же поля у разных людей могут различаться в сотни и даже тысячи раз, поэтому составление точной карты полей для отдельного мозга возможно лишь как приближение. Эти данные были получены на материале десятков мозгов, изученных в Московском институте мозга, и они задолго до западных работ показали, что карта Бродмана — не чертёж, а статистическая схема. Филимонов ещё в 1930-е годы, изучая затылочную кору, установил, что поле 19 варьирует по площади у разных людей почти вдвое, а его границы не совпадают с бороздами и извилинами. Кононова, исследуя лобную кору, обнаружила, что подобласть 47? может различаться у разных индивидов в четырнадцать раз, а у поэта Маяковского она вообще отсутствовала в том виде, в каком присутствует у большинства людей, зато имелась дополнительная шестая подобласть, которой у других не было. Саркисов описал аналогичные закономерности для теменной и височной коры, показав, что индивидуальные различия касаются не только размеров, но и самого числа подобластей внутри одного поля. Богословская, завершившая традицию количественной цитоархитектоники, подтвердила, что границы полей не привязаны жёстко ни к бороздам, ни к извилинам, и что использование макроскопических ориентиров для их локализации у отдельного человека приводит к систематическим ошибкам.

Принципиальный вклад Филимонова состоял в теории поэтапной локализации, согласно которой одна и та же корковая структура на разных этапах развития и в разных функциональных состояниях может участвовать в разных функциях, то есть обладает функциональной многозначностью. Из этого следовало, что искать для каждой функции строго фиксированный участок коры методологически неверно; правильнее говорить о системной локализации, где функция распределена по совокупности полей, а вклад каждого поля может меняться.

Таким образом, советская школа не только собрала данные о том, что поля могут отсутствовать, различаться по размеру и числу подобластей, но и дала теоретическое объяснение, почему это так. Если для Бродмана и его последователей отклонение от карты было шумом, который следует игнорировать, то для Филимонова и Кононовой именно это отклонение и было предметом науки, а карта служила лишь усреднённым ориентиром. Современные атласы, такие как JuBrain, по сути пришли к тем же выводам, что и советские цитоархитектоники шестьюдесятью годами ранее: положение и протяжённость каждого поля описываются вероятностным распределением, а индивидуальная изменчивость включается в модель, а не отбрасывается. Разница лишь в инструментах: там, где Кононова работала с микроскопом и количественным подсчётом клеток, сегодня используется МРТ и вычислительная морфометрия. Сопоставление этих двух традиций заставляет переосмыслить природу карты Бродмана. Сам Бродман уже в монографии 1909 года осознавал эту проблему. Как цитирует Кавамура, Бродман писал, что поле 11 возможно могло бы быть далее разделено на основе цитоархитектонических различий, но ради ясности пока объединяется в одну область. В своей карте он представил сознательное упрощение, а не обязательство точно описать каждый отдельный мозг. Логика построения современного атласа JuBrain продолжает эту традицию, но придаёт ей статистическую основу, и тот же принцип, только иными средствами, был реализован в работах Филимонова и Кононовой. Тем не менее в учебниках и научной литературе по-прежнему неявно присутствует допущение, что карта и есть анатомия: упоминая поле 44 Бродмана, авторы говорят так, будто существует сущность, расположенная у всех людей в одном и том же месте и имеющая одинаковые границы. Приведённые данные показывают, что на уровне популяционной статистики такое словоупотребление, возможно, и безвредно, но на индивидуальном уровне оно вводит в заблуждение. Когда объём поля может различаться у разных людей в десять раз, когда цитоархитектонические границы не имеют стабильного соответствия ни с одним макроскопическим ориентиром, когда целое поле или целая подобласть может отсутствовать в развитии без функциональных последствий, поле 44 или поле 47 перестаёт быть анатомической реальностью и становится статистической абстракцией. Это понимание имеет прямые последствия для клинической практики и нейровизуализационных исследований. В фМРТ-исследованиях стандартной процедурой является проецирование координат активации на карту Бродмана, но если у данного испытуемого поле 44 реально смещено от медианного положения на несколько миллиметров, такое проецирование даёт систематическую ошибку. В нейрохирургическом планировании опора на макроскопические анатомические ориентиры для локализации зоны Брока может привести к ошибочной оценке расположения функциональной коры, как показывает приведённый выше случай, когда у некоторых людей речевая кора вообще находится не там, где должна быть.

Вывод, к которому приводят обе традиции — западная и советская, — один и тот же: карта Бродмана описывает не конкретный мозг, а усреднённый мозг, и её следует использовать как статистический ориентир, а не как точный анатомический чертёж.

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: