Пластичность мозга: Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга - Норман Дойдж

После того, как крыса научилась нажимать на педаль, Николелис и Чапин отсоединили ее от устройства, подающего воду. Теперь, когда крыса давила на педаль, ничего не происходило. Она отчаянно повторяла нажатие множество раз, но безрезультатно. Затем исследователи подсоединили подающее воду устройство к компьютеру, который был подключен к нейронам крысы. Теперь, в теории, каждый раз, когда у крысы появлялось намерение нажать педаль, компьютер должен был узнавать паттерн активации нейронов и посылать сигнал на устройство, чтобы оно выпустило воду.

Всего через несколько часов крыса поняла, что для того чтобы получить воду, вовсе не обязательно нажимать на педаль. Достаточно просто представить свою лапу, нажимающую на педаль, и вода появится! Николелис и Чапин обучили выполнению этого задания четырех крыс.

После этого они приступили к обучению обезьян, которые должны были помочь в осуществлении перевода еще более сложных намерений. Обезьяну Бель научили пользоваться джойстиком так, чтобы в момент, когда на панели дисплея зажжется ряд мигающих лампочек, она двигала им вслед за перемещающимся светом. Если ей это удавалось, она получала немного фруктового сока. Каждый раз, когда она перемещала джойстик, ее нейроны активировались, и компьютер проводил математический анализ паттерна их активации. Этот паттерн всегда возникал за 300 миллисекунд до того, как Бель делала движение рукой для перемещения джойстика (это время прохождения команды от мозга к мышцам). Когда обезьяна двигала джойстик вправо, в ее мозге возникал паттерн «передвинь руку вправо», и компьютер его улавливал; когда она двигала рукой влево, он улавливал соответствующий паттерн. Затем компьютер преобразовывал эти паттерны в математические команды, которые он посылал в механическую руку, которую Бель не видела. Эти математические паттерны также передавались из Университета Дьюка на вторую механическую руку, находящуюся в лаборатории в городе Кембридж, штат Массачусетс. Как и в эксперименте с крысой, механические руки были подключены к компьютеру, который читал паттерны в нейронах Бель. Ученые надеялись на то, что механические руки в Университете Дьюка и в Кембридже будут приходить в движение в то же самое время, как и рука Бель, то есть через 300 миллисекунд после возникновения у нее соответствующего намерения.

Когда ученые беспорядочно зажигали лампочки на панели дисплея, а реальная рука Бель передвигала джойстик, то же самое делали механические руки, разделенные расстоянием в тысячу километров и приводимые в движение только намерениями животного, передаваемыми компьютером.

С тех пор ученые научили несколько обезьян использовать свои намерения для управления движениями механической руки в любом направлении в трехмерном пространстве. Приматы совершали сложные движения например, дотягивались до предметов и брали их. Кроме того, обезьяны играли в видеоигры (и, похоже, им это нравилось), используя свои мысли для перемещения курсора по экрану и захвата движущейся цели.

Николелис и Чапин надеялись, что их работа поможет больным с различными типами паралича. И это произошло в июле 2006 года, когда группа ученых из Университета Брауна, возглавляемая неврологом Джоном Донохью, использовала данную методику на людях. Тело молодого человека по имени Мэтью Нейгл, которому на момент начала эксперимента исполнилось 25 лет, было парализовано от самой шеи в результате повреждения спинного мозга, полученного при ударе ножом. В его мозг имплантировали крошечный силиконовый чип с сотней электродов, который был подключен к компьютеру. После четырех дней тренировок он мог с помощью мысленных намерений передвигать курсор на экране компьютера, открывать электронную почту, настраивать канал и громкость в телевизоре, играть в простую компьютерную игру и управлять механической рукой.

Далее ученые планируют испытать подобное устройство на пациентах с мышечной дистрофией, инсультом и боковым амиотрофическим склерозом (заболеванием двигательного нейрона). Цель этих исследований заключается в том, чтобы, в конечном счете, имплантировать маленький набор микроэлектродов с батарейками и передатчиком размером с ноготь ребенка в двигательную кору головного мозга. Небольшой компьютер может быть подключен как к механической руке, так и беспроводным способом к пульту управления инвалидным креслом или к электродам, имплантированным в мышцы для инициирования движения.

Исследователи надеются разработать технологии регистрирования активации нейронов, не требующие внедрения в тело, как микроэлектроды — возможно, это будет вариант аппарата для ТМС или прибора, разрабатываемого Таубом и его коллегами для обнаружения изменений в мозговых волнах.

* * *

Все эти эксперименты с намерениями показывают нам, насколько в действительности связаны воображение и действие, несмотря на нашу привычку считать, что они подчиняются разным правилам. Но подумайте: в некоторых случаях, чем быстрее вы можете что-то представить, тем быстрее вам удается это сделать.

Жан Десети из французского города Лиона провел один простой эксперимент в различных вариантах. Если вы засечете время, необходимое вам для того, чтобы представить, как вы пишете свое имя «здоровой рукой», а потом — реальное время написания имени, то не увидите разницы. Когда же вы представляете, что пишете свое имя недоминирующей рукой (у правшей — левой), то вам потребуется больше времени для того, чтобы нарисовать этот процесс в своем воображении и реализовать его на бумаге. Правши убеждаются, что их «ментальная левая рука» действует медленнее, чем «ментальная правая рука». Проводя исследования с участием людей, перенесших инсульт, а также людей, страдающих болезнью Паркинсона (она приводит к замедлению движений), Десети наблюдал, что таким пациентам требовалось больше времени для того, чтобы представить, как они двигают поврежденной конечностью. Ученые думают, что замедление воображаемых и реальных действий происходит из-за того, что и те, и другие являются продуктом одной и той же двигательной программы в мозге[109]. Скорость, с которой мы создаем умственный образ движения, возможно, ограничивается скоростью активации нейронов, отвечающих за двигательные программы.

Паскуаль-Леоне также занимается изучением вопроса о том, почему нейропластичность, которая способствует изменениям мозга, может одновременно становиться причиной ригидности[110]и повторяемости. Если наш мозг настолько гибок и способен к преобразованиям, то почему же мы склонны к привычным повторениям? Паскуаль-Леоне рассказывает мне о том, что для обозначения понятия «пластичность» в испанском языке есть слово placticina, которое отражает то, чего нет в английском слове. Б испанском языке placticina также означает «пластилин». Он уверен, что пластичность нашего мозга настолько высока, что даже когда мы изо дня в день выполняем одно и то же действие, отвечающие за него нейронные связи каждый раз немного меняются в зависимости от того, что мы делаем в промежуточные интервалы времени.