Человек 2.0. Перезагрузка. Реальные истории о невероятных возможностях науки и человеческого организма - Адам Пиорей

Когда Мерценич и Каас прикасались к участкам руки, прилегающим к тем, которые они несколько месяцев назад сознательно лишили нервной коммуникации с мозгом, те части соматосенсорной коры, которым вроде бы полагалось спать, так и вспыхивали активностью. Ошибки быть не могло: получалось, что мозг, который вроде бы должен был давно закостенеть в жесткой и определенной схеме подключения, каким-то образом сумел снова трансформироваться. Активные участки рук колонизировали покинутые нейронные области.

Как такое могло быть? Результаты, казалось, совершенно противоречат тем работам, за которые Хьюбел и Визель получили Нобелевскую премию. И от этих результатов почти не глядя отмахнулось большинство работающих в данной области. Но Мерценич продолжал распутывать эту нить. Теперь ему захотелось выяснить: может быть, дело просто в том, что со временем мозг набирается соответствующего опыта — и этого достаточно, чтобы изменить объем «мозгового пространства», отводимого на выполнение определенного вида задач?

Чтобы установить это, Мерценич снова построил карту соматосенсорной коры — тех ее областей, которые ассоциируются с отдельными пальцами рук мартышки. Однако на сей раз не стали разрезать нерв: постдок по имени Уильям Дженкинс провел три месяца, тренируя подопытных обезьян, чтобы те научились справляться с заданием, которое требовало от них развития целого набора необычайно сложных и тонких навыков. Команде исследователей хотелось увидеть, не отразится ли на структуре мозга и этот процесс. Задание было и правда очень непростое. Мартышек учили поддерживать контакт с вращающимся диском, используя подушечки двух пальцев, однако проделывать это деликатно: чтобы пальцы оставались неподвижными и чтобы диск не увлекал их за собой. Для этого требуется очень точно подобрать давление, которое вы будете оказывать на диск.

Обучая мартышек этому трюку, Дженкинс обеспечил их очень высокой мотивацией. Если обезьяна не справлялась с заданием, ей приходилось ждать окончания сеанса тренировок, чтобы ее покормили. Если же задание удавалось выполнить как полагается, счастливицу ждала неслыханно щедрая награда в виде пищевых шариков со вкусом банана — до 600 шариков на протяжении 24-часового периода.

Тренажер, придуманный Дженкинсом, можно было закреплять перед обезьяньей клеткой. Он состоял из круглого алюминиевого «пирога» диаметром 13 см, причем на его поверхности имелись как выступы, так и впадины. Через прутья каждой клетки пропускали электричество: сила тока была незначительной, и обезьяньи пальцы ее не ощущали. Цепь замыкалась всякий раз, когда мартышка прикасалась к металлу диска. А это, в свою очередь, приводило к выбросу пищевого шарика в специальный наклонный желоб, расположенный слева от клетки. Мартышки-начинающие обычно выгребали эту добычу двумя пальцами. А вот закаленные бойцы научились слизывать шарики языком, чтобы не отводить пальцы от диска, а значит, довести скорость поступления корма до максимальной.

По мере того как животные всё лучше справлялись с заданием, Дженкинс усложнял его: так, он увеличил интервал, в течение которого мартышка должна непрерывно прикасаться к диску, до целых 15 с, ускорил вращение «пирога» до одного оборота в секунду и, наконец, отодвинул крутящееся устройство так далеко от клетки, что дотянуться до него удавалось лишь кончиками одного-двух самых длинных пальцев. При этом по-прежнему требовалось прикладывать к диску именно такую силу, которая будет поддерживать ток в цепи, однако не станет ни замедлять диск, ни позволять пальцам обезьяны двигаться вслед за ним.

После сотни с лишним дней обучения подопытных мартышек Мерценич с Дженкинсом наконец были готовы начать выяснять, изменила ли эта новая «квалификация» обезьян структуру коры их головного мозга. Результаты оказались весьма впечатляющими. Область соматосенсорной коры, отводимая на восприятие осязательных импульсов от пальцев, используемых для легких прикосновений к диску, увеличилась на 400 % [т. е. в пять раз]. Мозг мартышек изменил свою схему подключения лишь на основе практики, мотивом для которой стало желание довести до максимальной интенсивности поток банановых шариков.

Паскаль-Леоне прочел об этом эксперименте Мерценича с мартышками, еще будучи молодым ординатором-неврологом. С тех пор он часто размышлял о том, нельзя ли вызвать похожее явление и у людей. И в конце концов у него родилась оригинальная идея: почему бы не поизучать слепых, которые учатся читать шрифт Брайля?

Подобно мартышкам с вращающимся диском [пусть это не прозвучит оскорбительно], читатели брайлевского шрифта используют подушечки отдельных пальцев для того, чтобы выполнять задание, требующее весьма тонкой настройки осязания. Чтобы считывать колонки выпуклых точек, представляющих в алфавите Брайля буквы, эти люди выработали в себе способность, которую Паскаль-Леоне назвал «страшноватой!»: умение с огромной скоростью проводить пальцем по брайлевским ячейкам, распознавая при этом до шести точек в каждой ячейке. Если нажимать подушечкой пальца слишком сильно, быстрота чтения снизится до черепашьего шага.

А если нажимать слишком слабо, невозможно будет определить, сколько точек в каждой ячейке. Вместо этого читатели брайлевских текстов, участвовавшие в эксперименте, много раз молниеносно проводили пальцем по точкам, пока не расшифровывали закодированное в них послание, — и затем двигались дальше, к еще не прочитанному тексту.

«Меня интересовала не сама их слепота, а тот факт, что незрячие люди обучаются читать шрифт Брайля, — объясняет Паскаль-Леоне. — Какого рода изменения происходят при этом в их мозгу?»

Конечно, при этом Паскаль-Леоне не мог вести запись активности единичных нейронов. Испытуемые-люди, даже добровольцы, обычно почему-то не очень хотят, чтобы им распилили череп и вставили в мозг электроды. Так что вместо этого он воспользовался методикой, которая подразумевала подачу слабого электрического разряда на подушечку «читающего пальца» каждого испытуемого. К коже черепа объекта эксперимента прикрепляли целый набор электродов, которые должны были затем определять, где в соматосенсорной коре активизируются нейроны.

Когда Паскаль-Леоне подвел итог этого исследования, он обнаружил, что палец, с помощью которого слепой предпочитает сканировать шрифт Брайля (у разных людей он может быть разным), и в самом деле получает куда более значительную долю коры для обработки поступающих с него осязательных сигналов, чем тот же самый палец у людей, которые не читают шрифт Брайля. Мало того: точно так же, как было показано в эксперименте с мартышками, Паскаль-Леоне продемонстрировал, что это происходит за счет ресурсов коры, прежде служивших для интерпретации осязательных сигналов от пальцев, которые соседствуют с читающим.

Затем Паскаль-Леоне переключился на моторную (двигательную) кору [строгое название — двигательная область коры головного мозга] и показал: обретение точности движений, необходимой для эффективного чтения брайлевского шрифта, приводит к аналогичному процессу «колонизации» читающим пальцем той области мозга, которая отвечает за контроль движения этого пальца.

Эта пара экспериментов стала настоящим прорывом в науке: впервые удалось показать, что подобного рода пластичность мозга проявляется и у взрослого человека. Но именно один из опытов, ставший их логическим продолжением, породил действительно мощное волнение среди ученых и заложил основы для той линии научных исследований, которая в конце концов и приведет к путешествию Пэт Флетчер в Бостон.