Когда я думала о сегодняшней лекции, мне захотелось привести слова, сказанные по поводу мозга около двухсот лет назад, для того чтобы мы могли сравнить, что было двести лет назад, что было сто лет назад и что сейчас.
Двести лет назад о мозге, о том, что располагается внутри черепной коробки нашей головы, говорили: «Строение его темно, а функции еще темнее». Но надо сказать в утешение, что двести лет назад и с печенью была примерно такая же ситуация. Еще много чего не знали о человеке, а о печени даже ходил анекдот. Один студент на экзамене сказал: «Знал функции печени, но забыл». И профессор ему ответил: «Ну, это трагедия. Вы же единственный человек, кто это знал!» Примерно такая же ситуация и с мозгом, только студента не нашлось. Интересно, что две тысячи лет назад о мозге знали больше, чем двести лет назад.
Правда, это было скорее натурфилософское знание. И, как ни странно, кое-что было правильно.
Представления тогда были таковы, что распределяли функции мозга по его тогда еще не долям, а отделам (передним, средним, задним). Считалось, что передние отделы - самые важные, самые умные, решают самые важные вопросы. Это было довольно-таки близко к истине. Считалось, что мыслительную функцию выполняет не вещество мозга, а воздух в желудочках. Вот он и решал все за нас.
У науки о человеческом мозге, как и у всякой науки, есть периоды застоя и есть прорывы. Крупным прорывом может считаться то, что сделали И. М. Сеченов в XIX веке, И. П. Павлов и В. М. Бехтерев в начале XX века. Это базисные представления о функциях мозга. Когда читаешь И. М. Сеченова, действительно поражаешься тому, как он хорошо представлял себе свойства человеческого мозга. И. П. Павлов распространял свою теорию условных рефлексов на человеческий мозг. И надо сказать, в конце жизни у него это очень неплохо получалось даже в отношении болезней. А В. М. Бехтерев, который больше всего занимался строением мозга, связывал с ним функции мозга, в том числе условно-рефлекторную (как говорил И. П. Павлов - «ассоциативную»).
Заглянули ли они в мозг? Ида и нет. Они дали базисные представления о мозге.
Это, конечно, и есть заглядывание в мозг. Но очень общее и поверхностное.
В 20-х годах прошлого столетия начинается история, которая развивается и сейчас, которую можно назвать эпохой: история открытия электроэнцефалограммы. Это работы X. Бергера - ученого, который на протяжении нескольких лет подряд записывал электрическую активность мозга. Ему никто не верил, что то, что он записывал, действительно электрическая активность мозга. Тогда он вскрыл череп своему сыну и записал мозговую активность непосредственно с твердой мозговой оболочки. Надо сказать, ничего страшного обычно в таких случаях не происходит, хотя звучит это страшновато. Мне было всегда непонятно, как мать разрешила такую вещь. Но это было. Иногда история старается об этом умалчивать.

10. Бергер увидел колебания электрической активности мозга. Они были похожи на частокол волн. В 1929 году была записана электрическая активность мозга с очень большой частотой. Так называемая альфа-активность. Пять лет спустя английский ученый Ерей Уолтер увидел более медленную активность.

Электроэнцефалограмма становится на многие годы великолепным приемом диагностики очаговых поражений мозга. В 50-х годах XX века в этом буме условнорефлекторных представлений, снова весь мир начинает заниматься условными рефлексами. И французский ученый А. Гасто организует международную группу для того, чтобы исследовать, что же можно увидеть при условных рефлексах в электрической активности мозга. Фактически он ничего интересного не увидел. Хотя одновременно работали по одной и той же программе ученые ряда стран. Они показали, что при положительных условных рефлексах активность типа альфа (частая) подавляется, а при тормозных условных рефлексах она может усилиться.
Нельзя сказать, что здесь удалось обнаружить области мозга, заинтересованные в обеспечении условно-рефлекторной деятельности. Нельзя сказать, что здесь были вскрыты какие-то закономерности, которые не были бы обнаружены при простых условных рефлексах. Но все-таки это тоже был какой-то этап. И надо сказать, что с этого времени электроэнцефалограмма остается одним из лучших методов диагностики ряда заболеваний, особенно эпилепсии. Она до сих пор продолжает широко использоваться, в том числе в научно-исследовательских работах. Но приходит к жизни снова она только сейчас, в компьютерный век, когда научились из полученной при измерениях активности мозга извлекать дополнительную информацию. Электроэнцифаллограмма - очень важный, очень серьезный, очень красивый этап в истории изучения мозга.
Настоящий прорыв в изучении мозга происходит тогда, когда удается войти в прямой контакт с мозгом. Его начали применять почти так же, как это сделал X. Бергер, то есть сигнал снимался с твердой мозговой оболочки. В этой области работали канадцы, больше всего X. Джаспер.
Дальнейшее развитие метода представляет собой непосредственное вживление в мозг электродов в диагностических и лечебных целях. Электроды вживляются в различные отделы мозга. Толщина такого электрода в диаметре - 100 мкм, он соприкасается с очень небольшой открытой поверхностью.
Площадь открытой поверхности мозга разная в зависимости от задач, но обычно она делается под поперечный срез электрода.
Множество электродов вводится в мозг для того, чтобы при заболеваниях, когда приблизительно ясно, где находится очаг поражения патологической (недостаточной, малой) активности. Электроды позволяют немножко поднять активность. И вот тогда заодно удается действительно посмотреть, что же делается в мозге и где это что-то делается при различных видах деятельности.
Для изучения мозга в него в разных местах вживляют электроды и снимают показания при предъявлении различных заданий. Например, предъявлен простой арифметический тест. В момент первого предъявления цифры и в момент выдачи испытуемым ответа в разных зонах мозга реагируют разные нервные клетки. В момент предъявления цифры в соответствующей точке мозга реакция следует очень быстро, реакция эта как бы не очень умная. В другой точке мозга происходит реакция на предъявление задания (например, сложить или вычесть), не очень быстрая. О том, как узнали, в каких местах и на что будет реакция, я скажу потом. В третьей точке через достаточно большой промежуток времени появляется активность, свидетельствующая о том, что есть результат.
Кроме исследования работы мозга с помощью арифметических тестов проводятся исследования реакции мозга на фразы. Если предъявляется хорошая, правильная фраза, где правильны и грамматика, и семантика, мозг реагирует на нее быстро. Если предъявляется фраза, где страдает грамматика, ответ на нее будет позже. Если страдает семантика, ответ будет еще чуть позже. Если и то и другое - мозг среагирует еще медленнее. А если предъявить не фразу, а квазифразу (нечто похожее на фразу, но бессмысленное), то ждать реакции придется еще дольше. И уже за всем этим следует очень слабенькая активность, соответствующая двигательному ответу: человек либо нажимает на кнопку, либо говорит «Да» или «Нет». Что интересно, так это то, когда предъявляются грамматически поврежденная фраза и семантически поврежденная фраза по отдельности. На их гистограммах прослеживаются как бы части гистограммы, полученной, когда страдает и той другое.
Если при изучении реакции на фразу брать показания из других участков мозга, то можно найти точки, где на правильную фразу получается точно такая же гистограмма, а на неправильную - другие. В некоторых точках на семантически неверную фразу вообще не будет реакции нейронов, а также найдутся точки, в которых не будет реакции на фразу со страдающей грамматикой.
В результате таких экспериментов было показано, что в передних отделах лобных долей находятся структуры, имеющие отношение к обеспечению смысла речи.
Эти факты были получены в последнем десятилетии XX века. С помощью этого метода удалось узнать много интересных вещей.
Само развитие маркирования мозга (брэйнмэппинга), то есть обозначения, какая область мозга за что отвечает, началось еще в XIX веке. Но оказывается, что этот метод маркирования не дает однозначной информации о мозге. Если проводить подобные опыты день ото дня, то окажется, что мозг очень хитро обеспечивает свою деятельность. Есть зоны, где реакция на фразу будет всегда.
Однако довольно много участков мозга, которые сегодня ведут себя одним образом, назавтра могут отключиться, послезавтра могут снова включиться. Когда мы исследовали значение внешних условий, удалось показать, что система обеспечения мозговой деятельности совсем иная, чем у других видов деятельности. Удалось показать, что она состоит из так называемых жестких и гибких звеньев.
Жесткие звенья - это те звенья, которые себя ведут одинаково, вне зависимости от условий, а гибкие - по-разному при разных условиях. Еибкие звенья - это резерв, которым мозг может пользоваться тогда, когда приходится решать задачу при различных условиях. Таких, например, как шум водопада или тишь кабинета.
К слову, известно, что если человека полностью лишить каких-то внешних сенсорных раздражителей, то у него могут появиться галлюцинации. Это вещь проверенная, особенно через полеты в космос и подводное плавание. Без внешних раздражителей человеку трудно. Так что небольшой шумовой фон все же необходим.
Вот такая хитрая система - мозг. Она может работать вся целиком, но это избыточно. Целиком мозг работает в очень плохих условиях, когда он на пределе. В нормальных условиях мозг работает с помощью жестких звеньев и небольшого количества гибких.
Гибкие звенья дают возможность не только мыслить в самых разных условиях, они также дают мозгу возможность восстановить свои функции при его повреждениях. У нас были и есть больные, у которых в связи с травмами или каким-то другим процессом разрушены классические речевые зоны. Оказывается, что гибкие звенья могут помочь даже восстановлению такой функции, как речь. У нас был больной, который едва произносил слово «мама». Врачи нашли участки гибких звеньев, которые иногда реагировали на речевые пробы, простимулировали их, и больной стал здоровым.
Надо сказать, что здесь не все так просто. Во время стимуляции может появиться эпилептическая активность, и это неудивительно. При стимуляции мозг вызывается к лишней дополнительной деятельности, и естественно, если это мозг больного (мы только больным вживляем электроды), то может появиться и патология. Однако есть великолепное противосудорожное средство, не подавляющее мыслительные возможности. Оно спасло нас и на этот раз. Я говорю об этом средстве как бы вне основной канвы лекции. Есть такое средство, которое может успокоить, из бурлящего мозга человека изъять все лишнее, оставить только реальные неприятности и приятности и не подавить умственные способности. Но, к сожалению, его применяют нечасто, а если что-то беспокоит, используют транквилизаторы. При использовании транквилизаторов очень важно, чтобы больной, например, не садился за руль машины.
Прямая регистрация активности звеньев мозга - это прорыв, это эпоха. И все-таки сведения о мозге мы получали по крупицам. Теория жестких и гибких звеньев, которая полностью себя оправдала, и другие сведения накапливались годами. Мы не могли в один день получить сколько-нибудь полноценные данные о мозге. Интересные - да, полноценные - нет.
Интересные данные - это данные о детекторе ошибок. В этой же эпохе в мозгу были открыты структуры, которые уберегают вас от ошибок. Например, когда вы уходите из квартиры, они не дают вам оставить в ней возможность для пожара. Вы стоите у двери, и вам кажется, что вы что-то забыли. Только неизвестно что. То ли это невыключенный утюг, то ли газ, то ли ключи. Забытые ключи еще дешево обойдутся: либо придется искать, у кого же еще есть ключи, либо взламывать дверь за энную сумму денег.
Когда вы забеспокоились у двери, у вас есть выбор: либо вернуться и все осмотреть, либо сказать себе: «Я прав, у меня все хорошо, я пошел». Какая из этих двух тактик правильная? Если с вами такое бывает редко, правильно вернуться и проверить. Это детектор ошибок бережет вас.
Но если это становится привычкой, то решите ту проблему, которая вас беспокоит, как следует, и скажите механизму: «Не ты хозяин, я хозяин. Я пошел». А почему это важно? Вы, вероятно, сталкивались с таким явлением, когда, выходя из дома, хочется вернуться. Дело в том, что этот детектор ошибок, наш страж от ошибок, может стать нашим командиром. Он может вызвать тяжелейший невроз, если мы позволим ему стать хозяином.
Таких интересных вещей порядочно накопилось за эту эпоху.
Мы с вами живем в такое время, когда можно посмотреть, и что делается в целом мозгу. В 1990 году в нашей стране был установлен первый позитронно-эмиссионый томограф (ПЭТ). В его устройстве вы, вероятно, понимаете больше, чем я.
Работает он так. В вену больного вводится меченное радиоактивным изотопом вещество. Специально подбирается такое вещество, которое накапливается в определенных местах в зависимости от той характеристики активности клеток, которая нас в данном исследовании интересует. Например, если интересует уровень активности, определяющийся потреблением энергии, то выбирают меченый аналог глюкозы - «бензина» для клеток. Оно распадается с появлением двух гамма-квантов. Кванты бегут в две противоположные стороны, и если поставить вокруг головы кольцо, которое будет их регистрировать, то можно с довольно-таки большой точностью (предельная точность 2 мм, но обычно 6 мм) определить линию, на которой находится наш меченый химический элемент. Еще один распад, и мы имеем уже точку, находящуюся на перекрестье двух линий. Конечно, на практике это сложнее, но суть именно такова.
Вот таким способом, например, с помощью кислорода (довольно-таки безвредный радиоактивный изотоп, который очень быстро распадается), оказывается возможным наблюдать, что делается с кровотоком, а соответственно и с активностью нейронов в различных участках мозга.
Вообще, мозг даже при отсутствии каких-либо раздражителей все равно имеет свою активность. И чтобы получить непосредственно реакцию мозга на какое-либо задание, из полученной активности вычитается активность мозга в отсутствии раздражений.
Этот метод дает информацию не об активности какого-либо конкретного участка мозга, а обо всем мозге, в целом. При сближении психологических проб можно выявить, какие зоны при этом активны. Например, при оставлении активной одной характеристики, скажем, речи, и, вычитая из снятых на ПЭТ показаний собственную активность мозга (снятую на нем же), мы найдем, где же находится зона, отвечающая за речь. Так же можно вычислить местоположение зон, ответственных за регистрацию звука, регистрацию смысла, и т. д. Исследования можно проводить очень прицельно, и записать, таким образом, все тонкости.
С возможностями, которые дает нам ПЭТ, мы уже в течение нескольких лет исследуем вершину мыслительного процесса - творческую деятельность. Вот тут-то нам после нашей доморощенной психологии приходится привлекать настоящих психологов для того, чтобы посмотреть, где в мозгу какая-то новая деятельность.
Ведь активация той или иной зоны в значительной степени зависит от того, насколько правильно сформулировано задание и какие могут быть ответы.
Если выполняется относительно простая задача, а из нее вычитается чтение, то на томограмме высвечивается участок в левом полушарии. Если выполняется более сложная задача, а из нее опять же вычитается чтение, то в том же левом полушарии задействованы уже совсем другие участки. А можно ли увидеть проявление какой- либо активности со стороны ответственного за творческую деятельность правого полушария в этих холодных к нему психологических тестах?
Если вы сравните то, что делается в мозгу при очень сложной задаче на творчество, когда нужно построить рассказ из чуждых друг другу слов, слов разного семантического поля, с более простой (но все же не очень простой) задачей составления рассказа из близких по смыслу слов (слов одного семантического поля), то окажется, что эта дифференцирующая ситуация выявляет активность правого полушария.
Что интересного можно увидеть здесь в самое ближайшее время? Мы полагаем, что при творческой деятельности детектор ошибок (левое полушарие) должен отключаться, чтобы не мешать творчеству, хотя ему неплохо было бы проверить творчество на практический результат. Мы хотим посмотреть и уже видим все более сложную деятельность. Нам интересно, в каких условиях мозг дойдет до предела своих творческих возможностей и что ему может помочь. Но перед нами стоит задача, которую нам, вероятно, не удастся решить, потому что нет еще такого томографа, который позволял бы увидеть не только то, какая область мозга активируется при том или ином задании, а еще и посмотреть, что же в этой области происходит, получить из нее показания, которые мы раньше регистрировали с помощью электродов. То есть импульсную активность. Показать ее перестройки, то есть исследовать мозговые формы мыслительной деятельности. Конечно, если выявить зоны с помощью томографа и вставить в них электроды, можно что-то измерить, но хотелось бы посмотреть перестройку импульсных активностей. Если речь идет о фразе, то хотелось бы регистрировать не только то, плохая или хорошая в ней семантика или грамматика, а расшифровать сам мыслительный ход.
С электродами дело обстоит так: они все реже и реже используются для лечения, поскольку появляются все новые и новые лекарства. Электроды остались только при эпилепсии. Даже если бы мы могли вживить в мозг много электродов, все равно во все участки мозга мы электроды вставить не в состоянии, они тонюсенькие, а мозг все-таки - 1,5-2 кг вещества. Значит, в полной мере нельзя и регистрировать то, что происходит в мозгу с помощью электродов и с помощью ПЭТ.
Нужен новый прибор. Физики будущего, пожалуйста, создайте!