Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия - Роб Десалл

Да, современные люди довольно сильно отличаются друг от друга по цветовосприятию. Но можем ли мы что-то сказать о наших близких вымерших родственниках, таких как неандертальцы? Благодаря удивительным разработкам технологий секвенирования генома ученые теперь могут изучать геномы вымерших или давно умерших особей. На данный момент самый старый образец для анализа ДНК – Homo sapiens возрастом 450 000 лет, найденный в Испании. Сейчас появляется все больше секвенированных геномов давно умерших неандертальцев и H. sapiens, и поэтому можно взглянуть на многочисленные ядерно-кодированные гены в геноме в том виде, в котором они существовали десятки тысяч лет назад. И, очевидно, поинтересоваться: воспринимали ли наши архаичные родственники цвет так же, как мы? Ведь наш современный стиль жизни требует улучшенного цветового зрения, которое, возможно, развилось недавно, уже после нашего расхождения с архаичными людьми. Кроме того, анатомические данные и экологическое распределение неандертальцев позволяют предположить, что они любили более тусклый свет, чем современные люди. Джон Тейлор и Томас Реймхен исследовали этот вопрос, изучив несколько геномов неандертальцев и некоторые современные ископаемые геномы H. sapiens. Кроме того, был исследован экземпляр третьего рода Homo, найденный в Денисовой пещере в Центральной Азии, называемый денисовским человеком, или денисовцем. Авторы не обнаружили значимых различий между нашими современными генами опсина и генами опсина неандертальцев, денисовца и давно умерших H. sapiens. Этот результат поразителен, учитывая, что проверенным геномам больше тридцати тысяч лет.

Наш организм имеет щит – просто чтобы отгородиться от вредного воздействия окружающей среды. И иногда эти защитные средства и механизмы преграждают путь многим сигналам из внешнего мира, которые не проникают в тело и, следовательно, не поступают в мозг. Однако в ходе эволюционного процесса появились разнообразные способы, помогающие лучшему восприятию информации извне и точной передаче ее в мозг. Например, кожа обеспечивает защиту от пыли, грязи, микробов и других факторов окружающей среды, которые могли бы причинить нам вред, и она же первая реагирует на любое физическое взаимодействие нашего тела с внешним миром, такое как давление воздуха или удар обо что-то. Уши собирают и фильтруют звуковые волны, воздействию которых мы подвержены постоянно. Глаза получают, сортируют и передают информацию, которую несут световые волны.

Таким образом, процесс восприятия мира начинается примерно в одном и том же месте – в клетках, которые первыми реагируют на внешние раздражители. Некоторые чувства, такие как обоняние и вкус, действуют довольно просто и единообразно. Здесь задействован только один механизм первой реакции – механизм замка и ключа. Разнообразие всего того, что мы можем попробовать и понюхать, эти органы чувств воспринимают как вариации на тему. Зрение похоже на восприятие запаха и вкуса тем, что первый отклик приходит от клеточного компонента (белка, который семь раз пронизывает мембрану), очень напоминающего те, которые используются при первой реакции в ответ на запахи и вкусы. Отличие же реакции зрения заключается в том, что механизм замка и ключа не используется. Вместо этого свет попадает на клетку и выталкивает ассоциированную молекулу (ретиналь) из встроенного в клетку сетчатки рецептора опсина, и это запускает дальнейшие биохимические реакции в палочках и колбочках сетчатки. Тактильное чувство уникально, и оно задействует несколько видов клеток при первой реакции, но опять же, как только они активируются, все происходящее в этих клетках становится просто вариацией на тему, запускающей потенциал действия для мозга. Равновесие и слух также тесно связаны с тем, как клетки в этих системах действуют в первый момент. И в том и в другом случае решающее значение для первой реакции имеет изгиб маленьких ресничек, или волосков. Даже ноцицепция (боль) и температура воздействуют на первую чувствительную клетку, конечная задача которой заключается в передаче сигнала (потенциала действия) в нервную систему.

Как только потенциал действия инициируется и передается из клетки, нервная система реагирует практически одинаково для всех этих чувств. Основная задача периферической нервной системы – передача электрического потенциала действия в мозг. Каждый орган чувств имеет свои нервные пути, и поэтому сигналы поступают в самые разные части мозга. Процесс, происходящий в мозге, довольно сложен, и важно понимать, что чувства не просто проецируются на мозг потенциалом действия. На самом деле сигнал от одного источника запаха достигает нескольких областей мозга, и восприятие любого одоранта представляет собой комбинацию потенциала действия, идущего к различным частям мозга, где это восприятие и формируется при помощи мыслительных процессов. Чтобы поведать историю наших чувств, я использовал чувства животных и странные человеческие ощущения.

Есть еще один способ, который ученые применяют при исследовании работы мозга и его влияния на чувства. То, насколько разумен и пластичен наш мозг при восприятии информации от органов чувств, видно на примере людей с некоторыми черепно-мозговыми травмами: достаточно понаблюдать за их поведением после подобных травм или операций на мозге. У этого подхода даже есть название – клинико-анатомический корреляционный метод. Я уже упоминал эксперименты Уайлдера Пенфилда, проводившего операции на открытом мозге. На примерах, приведенных в этой главе, вы увидите, как смесь информации и скопление отдельных ощущений становятся восприятием.

Никто не знает, где и когда произойдет несчастный случай. Бригадир по строительству железных дорог Финеас Гейдж, проснувшись однажды сентябрьским утром 1848 года в Вермонте, и помыслить не мог, что в тот же день в результате взрыва динамита трамбовочный стержень длиной метр двадцать пробьет его череп и выйдет наружу с другой стороны. О том, как этот инцидент отразился на личности Гейджа, ходят легенды, и эта история уже обросла мифами. Когда Финеас умер, его череп сохранили и передали в медицинскую библиотеку Фрэнсиса Каунтвея в Гарварде. Череп Гейджа дает современным нейробиологам возможность проанализировать связи в мозге, которые были порваны ломом, и таким образом лучше понять воздействие травмы на те участки мозга, которые могли быть повреждены.

Да и Франц Брёндл, известный науке как Мистер Б., проснувшись майским утром 1926 года в Германии, понятия не имел, что в тот день с лихвой наглотается угарного газа, вырвавшегося из плавильного аппарата, рядом с которым он работал. Следующие несколько месяцев своей жизни он провел в больницах: из-за недостатка кислорода в мозге у него появились очень странные симптомы. Мистер Б. стал знаменитостью в среде психологов, потому что в результате того несчастного случая у него практически перестала работать кратковременная память.

А выдающийся британский музыкант и музыковед Клайв Уэринг, еще один печальный случай в психологии, проснулся мартовским днем 1986 года в довольно вялом состоянии. Он понятия не имел, что во всем виноват простой вирус герпеса: тот не только проник в его организм, но и поразил центральную нервную систему, разрушив некоторые нервные ткани. В итоге мозг Клайва потерял способность переносить события из кратковременной памяти в долговременную: он помнит все не дольше 7–30 секунд – примерно каждые 20 секунд он «просыпается» и «перезапускает» свое сознание.