Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин

Такой подход позволил Пенфилду с исключительной детализацией картировать двигательные и тактильные центры мозга. До Пенфилда учёные не догадывались, что территория лица находится рядом с территорией руки или что лицо, губы и руки представлены огромными территориями. Эти открытия продемонстрировали, как необычно представление мозга о собственном теле.

Для пущей наглядности Пенфилд нарисовал своего знаменитого «моторного гомункулуса» – карикатурное изображение того, как бы выглядели люди, будь размер каждой части тела пропорционален размеру территории коры головного мозга, которая ею управляет. Получается, что мы имели бы тоненькие ноги, раздутый язык и огромные перчатки вместо кистей рук: внутри мозга все мы похожи на неудачные скульптуры Джакометти.

Рисунок 22. Моторный и сенсорный гомункулусы Пенфилда.

Позднее выяснилось, а́тлас человеческого мозга, составленный Пенфилдом, был идеализированным. К примеру, языковой узел у одного человека может находиться на несколько сантиметров выше или ниже, чем у другого. И даже у одного и того же человека он постоянно смещается. Пенфилд сам отметил это у пациентов, подвергавшихся повторным операциям. Выяснилось, что вопреки ожиданиям большинства учёных, каждый мозг и каждый разум обладает уникальной географией. И эта география непрерывно меняется, поскольку территории мозга дрейфуют, как континентальные плиты. [6]

Однако, не всё поддавалось картированию. Ещё американскому нейробиологу Карлу Лешли удалось убедить научное сообщество в том, что высшие когнитивные функции представляют собой результат «массового действия» нейронов, и, следовательно, не поддаются локализации.

Первоначально он исходил из предположения о равнозначности разных участков. В своей книге «Механизмы мозга и интеллект» (Brain Mechanisms and Intelligence) опубликованной в 1929 году, учёный отстаивал два важнейших принципа:

принцип массового действия – состоит в том, что некоторые типы обучения задействуют весь головной мозг вцелом. Этот принцип противоположен представлениям, что каждая психическая функция локализована в определённой зоне коры. Лешли экспериментально удостоверился, в невозможности локализовать механизмы памяти в каком-то из отделов мозга, то есть память распределена в коре головного мозга.

принцип эквипотенциальности (равноценности) – состоит в том, что при повреждении участков коры головного мозга, ответственных за определённые органы чувств, другие участки мозга могут брать на себя функции повреждённых зон.

В общем, Лешли весьма авторитетно отстаивал несостоятельность представлений о мозговой локализации, противопоставляя ей положение о пластичности высших отделов головного мозга и функциональной многозначности его структур. К чести учёного, позднее он смягчил своё крайне негативное отношение к принципу локализации.

Карл Лешли отдал тридцать лет своей плодотворной жизни попыткам раскрыть природу следа памяти в мозге. Он охотился за энграмой – записью этого следа. Иначе говоря, «структурным следом, который психический опыт оставляет на протоплазме». Безуспешные поиски закончились тем, что Лешли стал иронично подсмеиваться над собственными усилиями, лукаво задаваясь вопросом, способны ли животные и даже люди вообще обучаться. [2]

Ампутация мозга

Если неизлечимая болезнь какой-либо части тела угрожает жизни пациента, то врачи прибегают к радикальным мерам – ампутации. Но что делать если эта часть тела – мозг?

В 1928 г. американский хирург Уолтер Эдвард Денди (Walter Edward Dandy, 1886—1946) впервые провёл радикальное удаление поражённого полушария головного мозга так называемую гемисферэктомию, в попытке излечить пациентов с неоперабельными опухолями (глиомами) которые то время считались неизлечимыми.

Из пяти пациентов, оперированных Денди, первый умер в течение 48 часов в результате кровотечения из-за смещения сосудистого зажима; 2-й скончался от пневмонии через две недели; двое умерли от рецидива опухоли; и пятый пациент был потерян по окончании 2-й послеоперационной недели.

В 1933 г. другой хирург, Уильям Джеймс Гарднер, провёл подобные операции на троих пациентах с эпилепсией. Один из них спустя два года полностью избавился от приступов, хорошо соображал, двигался и обошелся без рецидивов.

Но вскоре от процедуры отказались и не использовали в течение многих лет из-за тяжёлых последствий и высокой смертности.

Позднее, в 1950 году к ней возвратился южноафриканский нейрохирург Роланд Крынау, который применил её для лечения детской гемиплегии – полной потери возможности произвольных движений в ноге и руке с одной стороны тела.

Хирурги пробовали различные вариации гемисферэктомии, то оставляя немного ткани на месте, то лишая полушария связи с мозолистым телом – толстой полосой нервных волокон, которая соединяет левое и правое полушария.

Удаление мозолистого тела в 1960-х годах даже доказало свою эффективность в лечении тяжёлых форм эпилепсии. Это было менее экстремально, чем удаление целого полушария, и означало, что две половины мозга могут функционировать независимо друг от друга, не имея возможности взаимодействовать. При этом случайное возбуждение нервов во время эпилептических приступов не могло передаваться из одного полушария в другое.

В обычной жизни мы используем оба глаза, оба уха, обе руки и т.д., поэтому – наши полушария работают одновременно и совместно. Тем более было интересно наблюдать их несогласованную работу.

Этим и заинтересовался нейропсихолог Роджер Сперри (1913—1994). Он обнаружил, что, если какой-либо предмет сначала показать одному глазу, а затем другому, пациент с разделёнными полушариями и не вспомнит, что видел его раньше, будто каждое полушарие формирует собственные воспоминания.

При дальнейшем тестировании больных с «раздвоенным» головным мозгом было выявлено, что правое и левое полушария выполняют различные функции.

Именно благодаря работам Сперри, стало известно, что познавательные функции левого и правого полушарий во многом различаются. Левое (доминирующее) полушарие обрабатывает информацию последовательно и аналитически. Оно занято математическими расчётами, абстрактным мышлением, вербальным функциями и интерпретацией символических понятий. Напротив, правое (недоминирующее) полушарие обрабатывает информацию интуитивно и одновременно.

За работу с пациентами с расщепленным мозгом Сперри получил в 1981 Нобелевскую премию.

PS Invitro

В следующих главах я расскажу о многих хитроумных методах исследования живого мозга, основанных на наблюдении за реакцией в ответ на стимул. Но самая детально изученная модель нервной системы нематоды Caenorhabditis elegans была создана скальпелем и микроскопом. На основании серии электронных микрофотографий, на которых запечатлены срезы тела червя на разных уровнях.

Способ №2. Исследования с помощью приборов

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

4 августа 1875 года Ричард Катон впервые исследовал открытый живой мозг при помощи гальванометра и сумел зарегистрировать электрические импульсы. Им были обнаружены отчётливые вариации тока, которые становились более заметными во время сна.

Спустя несколько лет суммарную активность полушарий мозга животных зафиксировали Адольф Бек и Наполеон Цибульский в конце 1880-х годов. Правда в своих экспериментах они помещали электроды непосредственно на поверхность мозга животного, а на ритмичность изменений они не обратили внимания.

Продолжил электроэнцефалографические исследования В.В.Правдич-Неминский, опубликовав 1913 году первую электроэнцефалограмму, записанную с мозга собаки. В своих исследованиях он использовал струнный гальванометр. А также Правдич-Неминский ввёл термин электроцереброграмма.

Первая же запись ЭЭГ человека была создана немецким психиатром Гансом Бергером (1873—1941). И, хотя ЭЭГ снимается через электроды с поверхности головы, Г. Бергер сумел доказать, что часть электрической активности обусловлена деятельностью мозга, а не покрывающих его поверхностных тканей.

Бергер всерьёз увлекался идеями магнетизма и возможностью телепатии, передачи мыслей на расстояние. Не исключено, что его интерес к регистрации и записи биотоков головного мозга был продиктован именно увлечением магнетизмом.

Бергер точно зафиксировал дату первой записи биотоков мозга человека – 6 июля 1924 года. Эти записи он называл «электроэнцефалограммой», а сами электрические сигналы – «мозговыми волнами». Бергер исследовал записи ЭЭГ не только у здоровых людей, но и у пациентов с различными неврологическими патологиями, положив тем самым начало технологии клинической электроэнцефалографии.

Для работы Ганс Бергер самостоятельно изобрёл и сконструировал оригинальный прибор (первый электроэнцефалограф) и с помощью игольчатых электродов, подведённых под кожу головы, регистрировал суммарную электрическую активность мозга. Он сразу обратил внимание наличие в ЭЭГ непрерывных регулярных колебаний.

Год спустя Бергер обнаружил эффект уменьшения амплитуды активности в ответ на сенсорное стимулирование, таким образом, подтвердив результаты, полученные Беком и Правдич-Неминским на животных.

Ганс Бергер для записи ЭЭГ с поверхности скальпа