Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга
Шрифт:
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 –
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 {5} , 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. 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.
5
Бач-и-Рита понял, что участки… гораздо более однородны: 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.
Следующие годы Бач-и-Рита посвятил изучению исключений из теории локализационизма {6} . Знание нескольких иностранных языков позволило ему познакомиться 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 {7} , который еще в 1820-х годах утверждал, что мозг человека способен к самореорганизации. 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.
6
Бач-и-Рита посвятил изучению исключений из теории локализационизма: 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 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.
7
Он обнаружил работу Мари-Жан-Пьера Флоренса: 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. M.-J.-P. Flourens. 1824/1842. Recherches exp'erimentales sur les propri'et'es et les fonctions du syst'eme nerveux dans les animaux vert'ebr'es. Paris: Balli`ere. 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.
«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
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. 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.