Когда я думала о сегодняшней лекции, мне захотелось привести слова, сказанные по поводу мозга, около двухсот лет назад, для того, чтобы мы могли сравнить, что было двести лет назад, что было сто лет назад и что сейчас.
Двести лет назад о мозге, о том, что располагается внутри черепной коробки нашей головы, говорили: "Строение его темно, а функции ещё темнее." Но надо сказать, в утешение, что двести лет назад и с печенью была примерно такая же ситуация, ещё много чего не знали о человеке, а о печени даже ходил анекдот:
Один студент на экзамене сказал: "Знал функции печени, но забыл," - и профессор ему ответил: "Ну, это трагедия, вы же единственный человек, кто это знал!"
Примерно такая же ситуация и с мозгом, только студента не нашлось. Интересно, что 2000 лет назад о мозге знали больше, чем двести лет назад, правда, это было скорее натур-философское знание. И, как ни странно, кое-что было правильно.
Представления тогда были таковы, что распределяли функции мозга по его тогда ещё не долям, а отделам (передним, средним, задним), и считалось что передние отделы - самые важные, самые умные, решают самые важные вопросы. И это было довольно-таки близко к истине. Считалось, что мыслительную функцию выполняет не вещество мозга, а воздух в желудочках, вот он решал всё за нас.
История науки о человеческом мозге.
У науки о человеческом мозге, как и у всякой науки есть периоды застоя и есть прорывы.
Крупным прорывом может считаться то, что сделано Сеченовым в XIX веке, Павловым и Бехтеревым в начале XX века. Это базисные представления о функциях мозга. Когда читаешь Сеченова, действительно поражаешься тому, как он хорошо представлял себе свойства человеческого мозга. Павлов распространял свою теорию условных рефлексов на человеческий мозг, и надо сказать, в конце жизни у него это очень неплохо получалось даже в отношении болезней. А Бехтерев, который больше всего занимался строением мозга, связывал с ним функции мозга, в том числе условно-рефлекторную (как говорил Павлов - ассоциативную).
Заглянули ли они в мозг? И да и нет. Они дали базисные представления о мозге, это конечно и есть заглядывание в мозг, но очень общее и поверхностное.
В 20-х годах начинается история, которая развивается и сейчас, которую можно назвать эпохой, - история открытия электроэнцефалограммы. Это работы Бергера - учёного, который на протяжении нескольких лет подряд записывал электрическую активность мозга. Ему никто не верил, что то, что он записывал - действительно электрическая активность мозга. Тогда он вскрыл череп своему сыну и записал мозговую активность непосредственно с твёрдой мозговой оболочки. Надо сказать, ничего страшного обычно в таких случаях не происходит, хотя звучит это страшновато. Мне было всегда непонятно, как мать разрешила такую вещь. Но это было, иногда история старается об этом умалчивать.
Беркер увидел колебание электрической активности мозга. Они были похожи на частокол волн. В 29 году была записана электрическая активность с очень большой частотой, так называемая альфа-активность. Пять лет спустя, английский учёный Грей Уолтер увидел более медленную активность.
Электроэнцефалограмма становится на многие годы великолепным диагностическим приёмом диагностики очаговых поражений мозга. В 50-х годах в этом буме условно-рефлекторных представлений снова весь мир начинает заниматься условными рефлексами. И французский учёный Гастор организует международную группу для того, чтобы исследовать, что же в можно увидеть при условных рефлексах в электрической активности мозга. Фактически он ничего интересного не увидел. Хотя одновременно работали по одной и той же программе учёные ряда стран, они показали, что при положительных условных рефлексах активность типа альфа (частая) подавляется, при тормозных условных рефлексах она может усилиться.
Нельзя сказать, что здесь удалось обнаружить области мозга, заинтересованные в обеспечении условно-рефлекторной деятельности, нельзя сказать, что здесь были вскрыты какие-то закономерности, которые не были бы обнаружены при простых условных рефлексах. Но всё-таки это тоже был какой-то этап, и надо сказать, что с этого времени, электроэнцефалограмма остаётся одним из лучших методов диагностики ряда заболеваний, особенно эпилепсии. Она до сиз пор продолжает широко использоваться, в том числе в научно-исследовательских работах, но приходит к жизни снова она только сейчас, в компьютерный век, когда научились из полученной при измерениях активности извлекать дополнительную информацию. Электроэнцифаллограмма - очень важный, очень серьёзный, очень красивый этап в истории изучения мозга.
Настоящий прорыв, в изучении мозга происходит тогда, когда удаётся войти в прямой контакт с мозгом. Его осушествляют почти так же, как это сделал Беркер, то есть из твёрдой мозговой оболочки. В этой области работают канадцы, больше всего Джаспер.
Метод представляет из себя непосредственное вживление в мозг электродов в диагностических и лечебных целях. Электроды вживляются в различные отделы мозга. Толщина такого электрода в диаметре - 100 мкм, он соприкасается с очень небольшой открытой поверхностью. Площадь открытой поверхности мозга разная в зависимости от задач, но обычно она делается под поперечный срез электрода.
Множество электродов вводится в мозг для того, чтобы при заболеваниях, когда приблизительно ясно, где находится очаг поражения, патологической (не достаточной) активности. Электроды позволяют немножко поднять активность, и вот тогда заодно удаётся действительно посмотреть, что же в делается мозгу, и где это что делается, при различных видах деятельности.
Как изучают мозг.
Исследование мозга с помощью электродов.
Для изучения мозга в него в разных местах вживляют электроды и снимают показания при предъявлении различных заданий. Например, если предъявлен простой арифметический тест, в момент первого предъявления цифры, в момент задачи задания, и в момент выдачи испытуемым ответа в разных зонах мозга реагируют разные нервные клетки. В момент предъявления цифры в соответствующей точке мозга реакция следует очень быстро, реакция эта как бы не очень умная. В другой точке мозга происходит реакция на предъявление задания (например сложить или вычесть), не очень быстрая. О том, как узнали, в каких местах и на что будет реакция, я скажу потом. Потом в третий точке, через достаточно большой промежуток времени появляется активность, свидетельствующая о том, что есть результат.
Кроме исследования работы мозга с помощью арифметических тестов, проводятся исследования реакции мозга на фразы.
Если предъявляется хорошая правильная фраза, где правильны и грамматика и семантика, мозг реагирует на неё быстро. Если предъявляется фраза где страдает или грамматика, ответ на неё будет позже. Если страдает семантика, ответ будет ещё чуть позже. Если - и то, и другое, мозг среагирует ещё медленнее. А если предъявить не фразу, а квазифразу (нечто похожее на фразу, но бессмысленное), то ждать реакции придётся ещё дольше. И уже за всем за этим следует очень слабенькая активность, соответствующая двигательному ответу - человек либо нажимает на кнопку, либо говорит "да" или "нет". Что интересно, так это когда предъявляются грамматически повреждённая фраза и семантически повреждённая фраза по отдельности, на их гистограммах прослеживаются как бы части гистограммы, полученной когда страдает и то, и другое.
Если при изучении реакции на фразу брать показания из других участков мозга, то можно найти точки, где на правильную фразу получается точно такая же гистограмма, а на неправильную - другие. В некоторых точках на семантически неверную фразу вообще не будет реакции нейронов, а так же найдутся точки, в которых не будет реакции на фразу со страдающей грамматикой.
В результате таких экспериментов было показано, что в передних отделах лобных долей находятся структуры, имеющие отношение к обеспечению смысла речи.
Эти факты были получены в последнем десятилетии (1990-2000 года). С помощью этого метода удалось узнать много интересных вещей.
Гибкие и жёсткие звенья.
Само развитие маркирования мозга (браинметрики) - то есть обозначения какая область мозга за что отвечает, началось ещё в прошлом столетии. Однако, оказывается, что этот метод маркирования не даёт однозначной информации о мозге. Если проводить подобные опыты день ото дня, то окажется, что мозг очень хитро обеспечивает свою деятельность. Есть зоны, где реакция на фразу есть всегда.
Довольно много участков мозга, которые сегодня ведут себя одним образом, назавтра могут отключиться, послезавтра могут снова включится. Когда мы исследовали значение внешних условий, удалось показать, что система обеспечения мозговой деятельности совсем иная, чем у других видов деятельности. Удалось показать, что она состоит из так называемых жёстких и гибких звеньев.
Жёсткие звенья - это те звенья, которые себя ведут одинаково, вне зависимости от условий, а гибкие - по разному при разных условиях. Гибкие звенья - это резерв из которого мозг может черпать тогда, когда приходится решать задачу при неблагоприятных условиях, таких как шум водопада, или тишь кабинета.
К слову: известно, что если человека полностью лишить каких-то внешних сенсорных раздражителей, то у него могут появиться галлюцинации. Это вещь проверенная, особенно через полёты в космос и подводное плавание. Без внешних раздражителей, человеку трудно. Так что небольшой шумовой фон всё же необходим.
Вот такая хитрая система - мозг. Она может работать вся целиком, но это избыточно, целиком мозг работает в очень плохих условиях, когда он на пределе. В нормальных условиях мозг работает с помощью жёстких звеньев и небольшого количества гибких звеньев.
Гибкие звенья дают возможность не только мыслить в самых разных условиях, они так же дают мозгу возможности восстановить свои функции при повреждениях мозга. У нас были и есть больные, у которых в связи с травмами или каким-то другим процессом разрушены классические речевые зоны. Оказывается, что гибкие звенья могут помочь даже восстановлению такой функции, как речь. У нас был больной, который едва произносил слово "мама". Врачи нашли участки гибких звеньев, которые иногда реагировали на речевые пробы, простимулировали их, и больной стал здоровым.
Надо сказать, что здесь не всё так просто. Во время стимуляции может появиться эпилептическая активность, и это не удивительно. При стимуляции мозг вызывается к лишней дополнительной деятельности, и естественно, если это мозг больного (мы только больным вживляем электроды), то может появиться и патология. Однако, есть великолепное противосудорожное средство, не подавляющее мыслительные возможности, оно спасло нас и на этот раз. Я говорю об этом средстве как бы вне основной канвы лекции. Есть такое средство, которое может успокоить, из бурлящего мозга человека изъять всё лишнее, оставить только реальные неприятности и приятности и не подавить умственные способности. Но к сожалению, его применяют не часто, а если что-то беспокоит, используют транквилизаторы.
При использовании транквилизаторов очень важно, чтобы больной не садился за руль машины.
Прямая регистрация активности звеньев мозга - это прорыв, это эпоха. И всё-таки, сведения о мозге мы получали по крупицам. Теория жёстких и гибких звеньев, которая полностью себя оправдала, и другие сведения, накапливались годами. Мы не могли в один день получить сколько-нибудь полноценные данные о мозге. Интересные - да, полноценные - нет.
Детектор ошибок.
Интересные данные - это данные о детекторе ошибок. В этой же эпохе в мозгу были открыты структуры, которые уберегают вас от ошибок, например, когда вы уходите из квартиры, они не дают вам оставить в ней возможность для пожара. Вы стоите у двери, и вам кажется, что вы что-то забыли, только неизвестно, что, то ли это не выключенный утюг, то ли газ, то ли ключи. Забытые ключи ещё дёшево обойдутся, либо придётся искать, у кого же ещё есть ключи, либо взламывать дверь за за энную сумму денег.
Когда вы забеспокоились у двери, есть выбор: либо вернуться и всё посмотреть, либо сказать себе: "Я прав, у меня всё хорошо, я пошёл." Какая из этих двух тактик правильная? Если с вами такое бывает редко, правильно вернуться и проверить, это детектор ошибок бережёт вас.
Но если это становится привычкой, то решите ту проблему, которая вас беспокоит как следует и скажите механизму: "Не ты хозяин, я хозяин, я пошёл." А почему это важно? Вы, вероятно, с таким явлением сталкивались, когда выходя из дома хочется вернутся. Дело в том, что этот детектор ошибок, наш страж от ошибок, может стать нашим командиром. Он может вызвать тяжелейший невроз, если мы позволим ему стать хозяином.
Таких интересных вещей порядочно накопилось за вот эту эпоху.
Позитронно-Эмиссионный Томограф (ПЭТ).
Мы с вами живём в эпоху, когда можно посмотреть, и что делается в целом мозге. В 90-м году в нашей стране был установлен первый ПЭТ. В его устройстве вы, вероятно, понимаете больше, чем я.
Работает он так: вместе с веществом, которое вводится в руку больного, в мозг поступает меченый элемент вещества. Специально подбирается такое вещество, которое в определённом месте мозга, где имеется химическое сродство, распадается с появлением двух гамма-квантов. Кванты бегут в две противоположные стороны, и если поставить вокруг головы кольцо, которое будет их регистрировать, то можно с довольно-таки большой точностью (предельная точность 2 мм, обычно 6 мм) определить место, куда пришёл наш меченный химический элемент.
Вот таким способом, например, с таким веществом как кислород (довольно-таки безвредный радиоактивный изотоп, который очень быстро распадается) оказывается возможным наблюдать, что делается с кровотоком, а соответственно и с активностью нейронов в различных участках мозга.
Вообще, мозг даже при отсутствии каких-либо раздражителей всё равно имеет свою активность. И чтобы получить непосредственно реакцию мозга на какое-либо задание, из полученной активности вычитается активность мозга в отсутствии раздражений.
Этот метод даёт информацию не о активности какого-либо конкретного участка мозга, а о всём мозге в целом. При сближении психологических проб можно выявить, какие зоны при этом активны. Например, при оставлении активной одной характеристики, скажем, речи, и вычитая из снятых на ПЭТ показаний собственную активность мозга (снятую на нём же), мы найдём, где же находится зона, отвечающая за речь. Так же можно вычислить местоположение зон, ответственных за регистрацию звука, регистрацию смысла, и т. д. Исследования можно проводить очень прицельно и записать таким образом все тонкости.
С возможностями, которые даёт нам ПЭТ мы уже в течении нескольких лет исследуем вершину мыслительного процесса - творческую деятельность. Вот тут-то нам, после нашей доморощенной психологии приходится привлекать настоящих психологов для того, чтобы посмотреть, где в мозгу какая-то новая деятельность, ведь активация той или иной зоны в значительной степени зависит от того, насколько правильно сформулировано задание и какие могут быть ответы.
Если выполняется относительно простая задача, а из неё вычитается чтение, то на томограмме высвечивается участок в левом полушарии. Если выполняется более сложная задача, а из неё опять же вычитается чтение, то в том же левом полушарии задействованы гораздо большие участки. А можно ли увидеть проявление какой-либо активности со стороны ответственного за творческую деятельность правого полушария в этих холодных к нему психологических тестах?
Если вы сравните то, что делается в мозгу при очень сложной задаче на творчество, когда нужно построить рассказ из чуждых друг другу слов, слов разного семантического поля, с более простой (но всё же не очень простой) задачей составления рассказа из близких по смыслу слов (слов одного семантического поля), то окажется, что эта дифференцирующая ситуация выявляет активность правого полушария.
Что интересного можно посмотреть здесь в самое ближайшее время? Мы полагаем, что при творческой деятельности детектор ошибок (левое полушарие) должен отключаться, чтобы не мешать творчеству, хотя ему не плохо было бы проверить творчество на практический результат. Мы хотим посмотреть и уже смотрим всё более сложную деятельность. Нам интересно, в каких условиях мозг дойдёт до предела своих творческих возможностей и что ему может помочь.
Но перед нами стоит задача, которую нам, вероятно, не удастся решить, потому что нет ещё такого томографа, который позволял бы смотреть не только какая область мозга активируется при том или ином задании, а ещё и посмотреть, что же в этой области происходит, получить из неё показания, которые мы раньше регистрировали с помощью электродов, то есть импульсную активность, показать её перестройки, то есть исследовать мозговые формы мыслительной деятельности.
Конечно, если выявить зоны с помощью томографа и вставить в них электроды, можно что-то измерить, но хотелось бы посмотреть перестройку импульсных активностей. Если речь идёт о фразе, то хотелось бы регистрировать не только то, плохая или хорошая в ней семантика или грамматика, а расшифровать сам мыслительный ход.
С электродами дело обстоит так: они всё реже и реже используются для лечения, поскольку появляются всё новые и новые лекарства. Электроды остались только при эпилепсии. Даже если бы мы могли вживить в мозг много электродов, всё равно во все участки мозга мы электроды вставить не в состоянии, они тонюсенькие, а мозг всё-таки 1,5-2 кг вещества. Значит, в полной мере нельзя и регистрировать то что происходит в мозгу с помощью электродов, и с помощью ПЭТ.
Нужен новый прибор. Физики будущего, пожалуйста, создайте.
