Себастьян Сеунг - Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть

• Название: Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть
• Автор: Себастьян Сеунг
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-9963-2672-3

Что такое человек? Какую роль в формировании личности играют гены, а какую – процессы, происходящие в нашем мозге? Сегодня ученые считают, что личность и интеллект определяются коннектомом, совокупностью связей между нейронами. Описание коннектома человека – невероятно сложная задача, ее решение станет не менее важным этапом в развитии науки, чем расшифровка генома, недаром в 2009 году Национальный институт здоровья США запустил специальный проект – «Коннектом человека», в котором сегодня участвуют уже ученые многих стран.

В своей книге Себастьян Сеунг, известный американский ученый, профессор компьютерной нейробиологии Массачусетского технологического института, рассказывает о самых последних результатах, полученных на пути изучения коннектома человека, и о том, зачем нам это все нужно.

---

Причиной деградации памяти после инсульта может служить повреждение полей 4 и 6. Поле 4 – самая задняя полоска лобной доли, оно расположено перед центральной бороздой. Поле 6 находится перед полем 4. Оба, как выяснили ученые, играют важную роль в контроле движений. Инсульт часто разрушает и речевые навыки, что служит признаком повреждения центра Брока (поля 44 и 45) или центра Вернике (задняя часть поля 22), оба центра находятся в левом полушарии.

Друзья и близкие больных мучительно хотят узнать, насколько возможно какое-то восстановление после инсульта. Будет ли дедушка снова ходить? А разговаривать? Двигательные функции жертв инсульта имеют тенденцию улучшаться со временем, но после трех месяцев это улучшение практически прекращается. Речевые навыки также восстанавливаются быстрее всего именно в ходе этих первых трех месяцев, хотя процесс может продолжаться еще месяцами или даже годами. Неврологам известно о важности этого трехмесячного периода, однако они толком не знают, почему в эти три месяца происходят столь интенсивные процессы. Но главное – они понятия не имеют, какие изменения происходят в мозгу пациента во время послеинсультной реабилитации.

Очевидно, при этом восстанавливаются функции пораженного участка мозга, целиком или частично. Однако при инсульте некоторые клетки мозга, расположенные близ поврежденного кровеносного сосуда, попросту отмирают, тем самым нанося непоправимый и необратимый ущерб организму. Могут ли уцелевшие участки мозга взять на себя задачу дефектного участка? Представим себе, что во время футбольного матча один из игроков получил мучительную травму, и его унесли с поля. На скамейке не осталось запасных, так что команда, которой теперь не хватает рабочих рук (вернее, ног), будет действовать хуже. Однако по ходу дальнейшего матча оставшиеся футболисты могут адаптироваться к возникшей ситуации. Если до травмы их товарищ занимал атакующую позицию, защитники могут компенсировать утрату, начав выступать и как нападающие.

Таким образом, возникает чрезвычайно важный вопрос: может ли какая-то кортикальная область взять на себя новые функции после повреждения мозга? Есть некоторые свидетельства, подтверждающие, что такое возможно после инсульта. Более веские доказательства дают случаи детских черепно-мозговых травм и заболеваний. Так, эпилепсия характеризуется постоянными спонтанными припадками – эпизодами избыточной нейронной активности. Детей, страдающих особенно частыми и изнурительными припадками, иногда пытаются лечить, целиком удаляя одно полушарие головного мозга. Это едва ли не самая радикальная процедура в нейрохирургии, и поразительно уже то, что большинство детей после нее отлично восстанавливается: они ходят и даже бегают, хотя рука с противоположной удаленному полушарию стороны двигается у них плохо. Умственные способности при этом остаются не затронутыми и могут даже улучшиться после такой операции – если от припадков удалось избавиться.

Кое-кто может заметить, что успешное восстановление после удаления одного полушария – не самая удивительная вещь. Возможно, это как утрата одной почки. Оставшейся почке нет нужды заниматься чем-то новым для себя, она в общем-то действует, как раньше. Но вспомните, что некоторые из умственных функций латерализованы (привязаны к конкретному полушарию мозга), так что левая и правая стороны мозга не эквивалентны. Поскольку левое полушарие специализируется на речевых навыках, его удаление почти наверняка вызовет у взрослого человека афазию. Но для ребенка это не так: лингвистические функции переместятся в правое полушарие, тем самым демонстрируя, что области коры головного мозга действительно способны менять свои функции.

С учетом того, что нам известно о локализации, не стоит удивляться тому, что неврологи умеют догадываться о мес то нахождении поврежденного участка мозга по симптомам. Впрочем, тут есть важное «да, но», которое вас, возможно, удивит. Да, можно построить карту, делящую кору на области с определенными функциями, но эта карта не будет постоянной. Пораженный мозг способен вычертить эту карту заново.

* * *

Такое перекраивание карты коры головного мозга после инсульта или операции, осуществляемое самим же мозгом, оказывается куда радикальнее, чем просто утолщение коры, о котором сообщают неофренологи. Может ли перестраивание коры происходить и в здоровом мозгу? Опять-таки, ответ на этот вопрос помогает получить изучение серьезных повреждений – но тела, а не мозга. Вот что пишет в одной из своих статей нейробиолог Мигель Николелис:

Как-то утром, когда я был на четвертом курсе медицинского колледжа, хирург из Университетской больницы бразильского Сан-Паулу, специализировавшийся по сосудистым заболеваниям, пригласил меня посетить ортопедическую палату. «Сегодня будем общаться с призраком, – пообещал врач. – Но не бойтесь. Постарайтесь сохранять спокойствие. Пациент еще не сумел принять то, что с ним случилось, и сильно потрясен».

В этой палате я увидел мальчика двенадцати лет, у него были мутно-голубые глаза и курчавые светлые волосы. Он сидел передо мной. Капли пота усеивали его лицо, искаженное гримасой ужаса. Он весь корчился от боли неизвестного происхождения. «Ужасно больно, доктор. Жжет. Мне как будто ногу дробят», – пожаловался мальчик. Горло у меня стиснуло от жалости. «Где болит?» – спросил я. Он ответил: «Левая ступня, левая лодыжка, вся нога ниже колена!»

Подняв простыни, которые прикрывали его тело, я с ошеломлением увидел, что ноги ниже колена у него вообще нет: оказывается, ее ампутировали, после того как он попал под машину. Я понял, что это фантомная боль – от части тела, которой больше не существует. Когда мы вышли из палаты, хирург заметил: «С нами говорил не он, а его призрачная конечность».

Методы ампутации, применяемые и по сей день, изобрел еще в XVII веке Амбруаз Паре, усовершенствовавшийся в своем искусстве во время службы хирургом при французской армии. Паре родился во времена, когда операции делали брадобреи, поскольку эти процедуры казались грубой мясницкой работой, недостойной врача. Работая на поле битвы, Паре научился перехватывать крупные артерии, чтобы пациент не истек кровью. В дальнейшем Паре стал придворным хирургом при французских королях (он пережил их несколько). Учебники истории называют его «отцом современной хирургии».

Паре первым сообщил о пациентах, подвергшихся ампутации и жалующихся на то, что по-прежнему ощущают боли в воображаемой конечности, причем на том месте, где когда-то болела настоящая. Несколько столетий спустя американский врач Сайлас Вейр Митчелл ввел термин «фантомная конечность», описывая такое же явление у ветеранов Первой мировой войны. Он разбирает множество характерных случаев, показывавших, что фантомные конечности у инвалидов – скорее правило, чем исключение. Почему же этот феномен так долго не замечали? Дело в том, что до хирургических новшеств, внедренных Амбруазом Паре, после ампутации выживали весьма немногие, а жалобы тех немногих, кто все-таки выжил после такой операции, по-видимому, считали всего лишь результатом какой-то галлюцинации, поэтому врачи пренебрегали такими рассказами. Однако в этом явлении нет ничего иррационального: инвалид отлично понимает, что фантомное – это не реальное, однако фантомная конечность обычно причиняет сильную боль, вот пациент и умоляет докторов избавить его от страданий.

Митчелл не только дал явлению название, он еще и выдвинул теорию, которая пыталась это явление объяснить. Врач предположил, что раздраженные нервные окончания культи посылают сигналы в мозг, который интерпретирует их как сигналы, поступающие от утраченной конечности. Под влиянием этой теории некоторые хирурги начали ампутировать и культю, но это не помогло. В наши дни многие нейрофизиологи придерживаются иной теории: фантомные боли вызваны перестраиванием коры головного мозга – меняется ее карта.

Такая реорганизация не затрагивает всю кору: полагают, что процесс сосредоточен в какой-то определенной области. Мы уже знакомы с полем 4, полоской перед центральной бороздой: эта область контролирует движение. Непосредственно за ним располагается поле 3, отвечающее за ощущение прикосновения, температуры и боли. В 1930-х годах канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд при помощи электростимуляции построил для своих пациентов карту обеих областей. Вскрыв перед операцией череп больного эпилепсией, Пенфилд подносил электрод к различным точкам поля 4. Каждое такое воздействие заставляло двигаться какую-то часть тела пациента. Пенфилд нанес на карту соответствия между точками поля 4 и этими частями тела (рис. 12, справа), назвав полученное изображение «моторным гомункулусом». (Слово «homunculus» в буквальном переводе с латыни означает «человечек».) Подобным же образом после каждого акта стимуляции поля 3 пациент сообщал об ощущениях, которые испытывает какая-то часть его тела. Пенфилд нанес на карту этого «сенсорного гомункулуса» поля 3 (рис. 12, слева), и человечек получился похожим на моторного. Оба как бы шли параллельно по противоположным берегам центральной борозды. (Грубо говоря, эти карты представляют вертикальные разрезы – проекции мозга от уха до уха. Разрез для сенсорной карты проходит сразу за центральной бороздой, а для моторной – непосредственно перед этой бороздой. Внешняя граница – кора; всё остальное – внутренняя часть конечного мозга.)