Ася Казанцева - Мозг материален

• Название: Мозг материален
• Автор: Ася Казанцева
• Жанр: Общая психология
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-17-114664-1

Ася Казанцева – известный научный журналист, популяризатор науки, лауреат премии “Просветитель” (2014). Ее третья книга посвящена строению и работе мозга, связям нейробиологии и психологии, “описанию разных экспериментов, старинных и современных, которые в совокупности формируют представление о том, что мозг познаваем”. Автор, как всегда, ссылается на серьезные научные источники и в своем фирменном стиле старается донести до широкого круга читателей главные идеи: мозг – “наш главный рабочий инструмент” – материален, изменчив и неоднороден, “и осознание этих его свойств полезно в повседневной жизни”.

---

Альтернативный подход к восстановлению движений у парализованных людей – это функциональная электрическая стимуляция. Она возможна благодаря тому, что мышцы, как и нейроны, электрически активны. Можно подать на них электрические стимулы, и мышцы будут сокращаться. А можно, наоборот, записать электрические сигналы от сокращающихся мышц – еще и намного более сильные, чем от мозга. Соответственно, в классическом варианте функциональная электрическая стимуляция подразумевает передачу сигнала от одних мышц человека – тех, над которыми он сохранил контроль, – к тем, над которыми контроль потерян. Например, вы надуваете щеку, и ваша парализованная рука совершает хватательное движение. Это хорошая технология, во многих случаях она помогает людям управлять конечностями, а также восстанавливать контроль над мочеиспусканием и дефекацией. Но все равно есть проблемы. Во-первых, возможности функциональной электрической стимуляции зависят от того, как много осталось мышц, которыми человек способен управлять. Во-вторых, неизбежны ложные срабатывания, когда человек всего лишь хочет использовать контролирующие мышцы по их прямому назначению. В-третьих, это требует долгого и не всегда успешного обучения; такое управление своим телом антиинтуитивно.

Поэтому здорово, что в 2017 году сотрудники Университета Кейс-Вестерн-Резерв выпустили статью[91] о том, что они совместили функциональную электрическую стимуляцию с вживлением электродов в моторную кору. Пациент, переживший травму шейного отдела спинного мозга и утративший подвижность всех четырех конечностей, прошел через операцию, аналогичную той, которую проводили с Джен Шерман. Первоначально он учился пользоваться вживленными электродами, чтобы управлять виртуальной рукой на экране компьютера. Еще одним подготовительным этапом была стимуляция мышц руки внешними электрическими импульсами – по восемь часов в неделю в течение 27 недель, – просто чтобы вернуть мышцам силу, утраченную за годы паралича. Но главное – пациенту вживили под кожу руки 36 стимулирующих электродов и соединили их с чувствительными электродами, анализирующими электрическую активность мозга. К сожалению, не напрямую: провода все равно выходили из головы, тянулись к компьютеру, декодирующему сигнал, затем к усилителю сигнала и только после этого на мышцы руки. Ее движения все равно были менее точными, чем в случае виртуальной конечности, – и даже менее точными, чем у роботизированной руки Джен. Это практически неизбежно: настоящая рука – тяжелая, громоздкая и неповоротливая, очень сложно управлять ей аккуратно, когда мозг не получает обратной связи от мышц и суставов. Но все же пациент уже за 15 часов практики научился подносить ко рту кружку с кофе и пить его через соломинку и есть картофельное пюре вилкой. Безо всякого робота. Своей рукой.

Царь зверей

Понятно, что любые эксперименты с вживлением электродов людям в наше время проводятся строго по медицинским показаниям. Только тогда, когда есть надежда улучшить жизнь человека и при этом он сам осознает, в какой степени она обоснована, и добровольно соглашается принять все риски, связанные с операцией и вмешательством в мозг. Если вы просто хотите получить какую‐то новую информацию о работе нервной системы без отчетливой прикладной пользы (хотя бы потенциальной), то, даже если вы убедите добровольцев в этом участвовать, этический комитет университета не разрешит вам ничего делать. Даже если вы каким‐то образом ускользнете от его внимания и проведете свой дьявольский эксперимент, вы не сможете его опубликовать.

С животными проще. Их интересы этические комитеты университетов тоже охраняют, но исходят там немного из другой расстановки ценностей: важно не то, принесет ли вмешательство пользу самому подопытному, а то, может ли оно в перспективе открыть новые идеи или дать новые отработанные технологии, чтобы принести пользу людям. Я разделяю эту точку зрения, вы не обязаны со мной соглашаться; если вы мой постоянный читатель, то помните, что этические проблемы, связанные с экспериментами на животных, подробно обсуждались в книжке “В интернете кто‐то неправ!”. Здесь приведу только аналогию: когда наша иммунная система формирует антитела, она использует механизм совершенно случайного перебора вариантов, делает горы белков, которые совершенно неизвестно для чего пригодятся, и большинство из них действительно не пригодится никогда. Но когда в организм попадает совершенно новый вирус, то благодаря вот этому случайному хаотическому перебору обычно выясняется, что у нас уже есть какие‐то антитела, способные с ним связаться и замедлить его распространение в организме, и именно их можно “допилить”, чтобы иммунная система оказалась способна полностью справиться с болезнью. Так и тут: наука – это защитная система общества, она придумывает, как спасать нас от голода, болезней, бедности, зимы и вселенской скорби. Она не всегда видит прямые и четкие пути, как это сделать, во многих случаях она просто накапливает данные, разрабатывает методы, проверяет гипотезы одну за другой, и каждое такое действие повышает вероятность того, что, когда какая‐то проблема встанет остро или когда, наоборот, выплывут какие‐то новые возможности, у человечества уже окажется заранее разработанный набор инструментов, позволяющий справиться с неожиданной ситуацией. Опыты на животных могут быть относительно простыми (“Зачем это проверять? И так гипотетически понятно!”) или зубодробительно сложными (“Да это никогда не войдет в практику! Что вы время и деньги тратите?”), но фокус в том, что далеко не всегда возможно заранее отличить одно от другого. И никогда заранее не известно, где, когда и как это полученное знание окажется критически важным.

Вот пример того, что кажется простым: радиоуправляемые крысы. Принцип действия и правда незамысловатый: в мозг подопытных вживлены три электрода, означающие “направо”, “налево” и “вот тебе вознаграждение”. Первые два стимулировали соматосенсорную кору в той области, которая обрабатывает сигналы от вибрисс (усов), то есть у крысы возникало такое чувство, как будто бы что‐то прикасается к ее вибриссам – справа или слева соответственно. Третий электрод, самый важный, был вживлен в медиальный пучок переднего мозга, то есть в нервные волокна, передающие возбуждение к прилежащему ядру (“центру удовольствия”). После того как такая система выстроена, крысу можно за несколько экспериментальных сессий натренировать делать то, чего вы от нее хотите. Сначала вы можете вознаграждать ее каждый раз, когда она просто идет вперед (и если вы будете увеличивать интенсивность стимуляции, то животное будет соглашаться идти вперед даже в не предназначенных для этого условиях, например если нужно одновременно карабкаться вверх). Потом дополнительно приучаете поворачивать направо при стимуляции правой соматосенсорной коры и налево – при стимуляции левой и вознаграждаете и это тоже. Как только животное поймет правила игры, вы можете запустить его в любой новый лабиринт и провести через него самым быстрым и разумным путем. При этом вы управляете крысой с ноутбука, а микростимулятор она несет сама – в рюкзачке. Это позволяет животному удаляться от ноутбука на 500 метров и все еще быть управляемым. В конце статьи, опубликованной в 2002 году, ученые обещают, что такие крысы в скором времени начнут использоваться для поиска людей под завалами. До этого, кажется, на практике пока так и не дошло, но, по крайней мере, такие головокружительные перспективы помогли исследователям опубликоваться в хорошем журнале[92].

Есть задача и посложнее – создание радиоуправляемых летающих насекомых. Дело в том, что насекомые прекрасны и восхитительны с инженерной точки зрения. Они очень энергоэффективны. Механический летающий робот, созданный человеком, может весить три грамма и при этом лететь куда-нибудь в течение трех минут – потом садится батарейка, и так составляющая треть его веса. Муха весит меньше и летает значительно дольше. Неудивительно, что в мире работает сразу несколько исследовательских групп, которые хотели бы заставить муху (или другое насекомое) лететь туда, куда они прикажут.

Существует несколько способов это сделать, более или менее пригодных для разных видов насекомых[93]. Например, африканские жуки рода Mecynorhina (масса – 10 граммов, электроды с аккумулятором – еще 1,22 грамма, остаточная грузоподъемность – 3 грамма) обладают удобным свойством: они летят, пока светло, и останавливаются, если стемнело. Это означает, что им можно вживить электроды в оптическую долю, чтобы они думали, что кругом белый день (или темная ночь), и, соответственно, летели или нет. Чтобы заставить насекомых поворачивать, можно использовать их склонность лететь к свету (и врубать им светодиоды, прикрученные прямо к голове) или склонность поворачивать голову в направлении движения (и, соответственно, стимулировать им шейные мышцы с этой целью), а еще можно непосредственно воздействовать на мышцы крыльев: если вы машете правым крылом сильнее, то вас начинает сносить влево (попробуйте проверить сами, когда в следующий раз будете плавать в бассейне).