Резиденция психических функций
Продолжим знакомство с микрорайонами коры. Наше путешествие по ней не было систематичным и планомерным. Однако размещение основных ее «учреждений» нам теперь, кажется, ясно. Затылок – зрение. Темя – движения и кожная чувствительность. Височная доля – чего здесь только нет! Слух, обоняние, вкус, самая важная из речевых зон (в левом виске), а возможно, и хранилище памяти.
Лобная доля… О ней мы пока еще ничего не знаем.
…В музее Гарвардского университета вот уже больше 100 лет хранятся два странных экспоната: череп с дыркой на темени и железная палка. И то и другое принадлежало некогда Финеасу Гейджу – железнодорожному мастеру.
Сентябрьским утром 1848 года упомянутая палка в результате, как сказали бы теперь, несоблюдения правил технической безопасности пробила насквозь мозг Гейджа. Однако череп его стал достоянием университета не сразу. Ибо Финеас Гейдж остался жив. И еще прожил после этого двенадцать лет. Удивительно было не то, что мастер не умер (в конце концов это дело случая и выносливости организма), а то, что повреждение обеих лобных долей не отразилось на его здоровье.
Сердце его работало нормально. Давление не изменилось. Он не стал хуже видеть или слышать, не потерял памяти и по-прежнему знал толк в своем деле. Однако дирекция железнодорожной компании вскоре уволила его. Работать с ним было невыносимо. Спокойный и тактичный прежде, он стал упрямым, грубым, несдержанным. Да и сам Гейдж особенно не стремился остаться на работе по причине развившейся вдруг апатии и лени.
Феноменальный случай с Финеасом Гейджем надолго стал предметом споров и обсуждений среди ученых.
Веками считалось, что лобные доли – субстрат высших форм интеллекта, и вдруг… повреждение их нисколько не отразилось на умственных способностях.
Поэтому в последующее столетие исследователи стали особенно обращать внимание на случаи повреждения лобных долей. Оказалось, что изменения психики у всех больных были приблизительно одинаковыми. Человек становился безвольным, безразличным к другим людям, бестактным, несдержанным в своих эмоциях. Исчезали инициативность и организаторские способности. По словам Вулдриджа, «повреждение лобных долей обычно нарушает способность связывать эмоции с интеллектом таким образом, чтобы создавались нормальные побуждающие и сдерживающие мотивы». Итак, основная функция лобных долей – посредничество между нашими эмоциональными стремлениями и интеллектуальной деятельностью.
Но если только в этом их «призвание», совершенно непонятно, почему столь экономная обычно природа отвела для лба так много мозгового материала. Ведь на долю лобных долей приходится почти половина коры. Может быть, все-таки они еще для чего-нибудь нужны человеку?
Опыты на шимпанзе показали, что после их удаления животное гораздо хуже решало задачи, где требуется выполнение логически последовательных действий. Между прочим, и у больных с поражением этой части мозга исчезала способность «удерживать в уме одновременно несколько разных понятий».
Поэтому исследователи считают, что лобные доли отвечают га особую сложную умственную деятельность. Например, за абстрактное мышление. Думают также, что при очень большой нагрузке на «мыслящие» части мозга лобная кора сразу же, как резерв, подключается к решению этих задач.
Строение коры и распределение обязанностей между разными ее отделами более или менее ясны, но вот интимные связи и взаимодействия между ее клетками, механизмы накопления, хранения и обработки информации в коре – пока еще тайна за семью замками. Ученые пытаются отгадать ее, исследуя электрические свойства мозга.
Альфа-ритмы
Началось это 40 лет назад, когда немецкий психиатр Ганс Бергер опубликовал странные картинки. Волнистые линии на них, утверждал Бергер, графическая запись активности головного мозга. Ему не поверили и даже подняли на смех. Трудно было представить, что о работе такого таинственного органа можно узнать что-либо, подключая к нему измерительные приборы. Технические средства и энтузиазм Бергера оставляли желать большего, и о «мозговых волнах» забыли.
А через 25 лет из скромных опытов Бергера родилась электроэнцефалография.
«Мозговые волны», открытые им, известны теперь под названием альфа-ритмов. Кроме них, есть еще бета-, гамма- и тета-волны. Однако от понимания биологической сущности этих волн ученые сейчас так же далеки, как и 40 лет назад.
Кибернетики предполагают, что электроволны – шифрованные сообщения, посылаемые мозгом. Надо найти к шифровке ключ. В клинике, впрочем, ее можно использовать и без ключа. Изменяется характер ЭЭГ, то есть электроэнцефалограммы, – тревога. Поражена какая-то часть мозга. Электроэнцефалограмма точно указывает какая.
Но ученые, которые, вооружась ЭЭГ, хотят проникнуть в существо психических процессов, все еще подбирают к ней ключи. Больше всего психиатров интересуют альфа-волны: их колебания, как выяснилось, тесно связаны с мозговой деятельностью.
Что о них известно?
Частота – 8–13 герц, амплитуда – 30 милливольт. Запись альфа-ритмов одного человека так же не похожа на запись другого, как не похожи их автографы. Амплитуда альфа-волн в разных частях мозга различна. И всегда больше в затылочной доле (там «посольство» зрительных нервов). Они четки и ритмичны, когда человек спит или просто закрывает глаза, ничем не взволнован и ни о чем не думает. Но стоит включить свет, приняться решать задачу или учить стихи, альфа-волны начинают угасать. Ясно, что они как-то связаны с процессами мышления, познания. Но как?
Вот одна из гипотез.
Полагают, что альфа-волны отражают электрические свойства дендритов, которые составляют основную массу серого вещества мозга. Дендритные электропотенциалы обычно слишком малы для того, чтобы вызвать активность нейронов. Однако, когда они возрастают, возбуждается и нейрон: быстрее перехватывает и передает дальше эстафетную палочку специфических импульсов, которые лежат в основе мышления. По всем нейронам словно пробегает волна повышенной чувствительности, и мозг, мобилизуясь, принимает, сохраняет и перерабатывает информацию.
Уолтер Грей первый увидел, как альфа-ритмы бегут по коре. Помог ему в этом двадцатидвухглазый Топси.
Двадцать две электронно-лучевые трубки соединили с электродами. Каждый электрод подключили к мозгу. Электроды принимают из него электрические сигналы. Усилитель их усиливает, электронно-лучевые трубки преобразуют в световые вспышки, яркость которых зависит от активности соответствующего участка мозга. Все двадцать две трубки помещают позади экрана. А на экран наносят контуры мозга. Трубки располагают с таким расчетом, чтобы спроецировать сигналы от участков мозга, к которому они подсоединены, на соответствующее место рисунка на экране. Это топоскоп Уолтера Грея. Ласково – Топси. Прибор для исследования топографии активности мозга.
У большинства людей альфа-волны возникают в височных и лобных долях и распространяются дальше по всей коре. Соседние ее участки реагируют на раздражение в определенном порядке, словно их по очереди включает какое-то развертывающее устройство. И мозг не формально подходит к выполнению своих обязанностей: где-то в его глубинах постоянно работают сортировочный пункт всех сигналов, идущих в кору.
Если какая-то его «извилина» получает новое раздражение, альфа-волны оповещают об этом весь мозг. Но когда раздражение повторяется через правильные интервалы, мозг перестает к нему «прислушиваться»: альфа-ритмы затухают до тех пор, пока в поток информации не попадет сигнал действительно серьезный и важный.
Параллельно с лабораторией Уолтера Грея те же проблемы исследуют сотрудники Михаила Николаевича Ливанова в Институте высшей нервной деятельности Академии наук СССР.
Здесь тоже есть свое детище. Но пятидесятиглазое (а недавно появилось и стоокое). Топоскоп Ливанова и Ананьева позволяет изучать сразу работу всего мозга. Целиком. А не только отдельных его частей.
На этом, пожалуй, мы закончим разговор о коре. Ствол мозга, на время забытый нами, таит в себе интересного не меньше.
Сортирующая сеть
Перед Дейтерсом, впервые описавшим ее в прошлом веке, она предстала под микроскопом сетью беспорядочно разбросанных нейронов, густо переплетенных нервными волокнами. Дейтерс назвал ее сетчатым образованием, или ретикулярной формацией. Находится она в стволе и тянется от спинного мозга до таламуса – тоже очень интересного образования ствола.
Ретикулярной формации не повезло. Ее открыли, подробно описали и, не придав большого значения, забыли. Лет двадцать назад американский нейрофизиолог Мэгун и его коллеги из Калифорнийского университета неожиданно вдруг обнаружили, что ретикулярная формация поймала в сети и подчинила своему влиянию почти всю деятельность центральной нервной системы.
«Эти неспецифические механизмы, – писал Мэгун, – распределены почти по всей центральной области ствола мозга, и подобно тому как спицы отходят от оси колеса к его ободу, так и функциональные влияния этой центрально расположенной системы могут распространяться в нескольких направлениях: на спинной мозг, на механизмы, осуществляющие эндокринные функции, на структуры, где возникают эмоции, и на кору больших полушарий, которая обслуживает все высшие сенсоро-моторные и интеллектуальные процессы». Влияет ретикулярная формация на них разными способами. Прежде всего сортирует и регулирует движение нервных импульсов.
Помните, мы говорили, что в головном мозгу есть особый «сортировочный пункт». Из потока имформации он выбирает каждую минуту лишь самые важные для организма сигналы. Обязанности сортировщиков природа возложила на нейроны ретикулярной формации и потому сделала их неспецифическими: любой из этих нейронов может разобраться в любом сигнале любого органа. А чтобы ни один из сигналов не миновал контрольного пункта, природа устроила так, что в ретикулярную формацию поступают дубли всех импульсов, какому бы отделу мозга они ни были адресованы. Доставляют их коллатералли – тонкие веточки, отходящие от основного нервного тракта. Коллатералли посылает в ретикулярную формацию всякий нервный кабель: чувствительные волокна, бегущие из спинного мозга в кору, двигательные, идущие в обратном направлении, нервные пучки, связывающие мозжечок с корой, и все другие.
А ретикулярная формация, как расторопный регулировщик на оживленном перекрестке в часы «пик», одни сигналы пропускает раньше да еще «подстегивает», снабжая дополнительной энергией, другим дает дорогу во вторую очередь. А иные вообще задерживает на время, пока не станут они для организма важными.
Нейроны ретикулярной формации непрерывно заняты сравнением, оценкой и отбором сигналов, которые должны обеспечить поведение организма, точно соответствующее создавшейся обстановке. А верно выбранная программа действия часто вопрос жизни и смерти!
Допустим, продираясь сквозь тропические заросли, человек поранил лицо. Еще полсекунды назад сообщение о ранении было бы самым важным среди потока информации, идущей в его мозг. Но в эти полсекунды человек вдруг увидел, что лиана, за которую он хотел ухватиться, – ядовитая змея.
Для ретикулярной формации сигнал о змее что сирена «Скорой помощи» для регулировщика движения. Тотчас же она задерживает остальные сообщения. А это по прямому проводу передает в кору, усилив дозой добавочной энергии, чтобы сразу на него обратили внимание. И ответную реакцию пропустит без очереди. Человек, ничего еще не осознав, автоматически отдернет руку, отшатнется, выхватит нож. И лишь, когда куски ядовитой «лианы» будут судорожно извиваться у его ног, почувствует боль в ободранной щеке.
Без ретикулярной формации долго пришлось бы сигналу об опасности блуждать по нейронам вместе с другими сообщениями и дожидаться своей очереди у входа в кору.
У ретикулярной формации есть еще одно важное свойство. Она питает дополнительной энергией все отделы мозга. Непрерывный поток импульсов, поступающий со всех сторон, держит ретикулярную формацию в постоянном напряжении. Она все время возбуждена и заражает этим возбуждением все отделы мозга. Тонус, темп работы коры, зависит от ретикулярной формации. По существу, «ретикулярная активирующая система»[48] взяла под контроль даже сознание!
Вот какие опыты доказали это.
Нейрофизиологи давно заметили, что электрическая активность мозга во сне и наяву неодинакова. В энцефалограмме спящей кошки, например, волны большие, медленные. А стоит ей проснуться, они становятся маленькими и частыми. Это изменение «почерка» энцефалограммы в момент пробуждения физиологи назвали реакцией активизации.
Разбудить кошку можно по-разному. Можно посветить ей в глаза, щелкнуть над ухом, положить под нос кусочек рыбы. И в любом случае в электроэнцефалограмме просыпающегося животного появятся характерные для пробуждения волны. Независимо от того, от какого органа чувств поступила в мозг информация.
Но вот что самое интересное: реакция активизации может появиться в любом участке коры. И совсем не обязательно в том, где находится «посольство» нервов, которые принесли информацию.
Это навело ученых на мысль, что где-то в мозгу есть специальный центр, в обязанности которого входит следить за тонусом коры, вовремя включать и выключать ее. В этот центр приходят импульсы от разных раздражителей. Здесь они копируются, доводятся до соответствующей кондиции, усиливаются, если надо. И уже отсюда, так сказать в «централизованном порядке», воздействуют на кору.
Мэгун и Моруцци в 1949 году доказали, что этот центр – ретикулярная активирующая система.
Через вживленные электроды они раздражали ретикулярную формацию спящей обезьяны. Обезьяна просыпалась, и у электроэнцефалограммы заметно менялся «почерк».
У других обезьян ретикулярную формацию разрушали, и животные тут же засыпали. Разбудить их не могло ничто. Так они и спали до конца жизни, ничем не интересуясь, ни на что не реагируя. Хотя все органы чувств исправно доставляли в их кору информацию о событиях, происходящих вокруг.
Кора, правда, тоже не остается в долгу перед ретикулярной формацией. И тоже влияет на нее. Взаимодействие этих двух систем мозга осуществляется по принципу обратной связи. Усиливается активность нейронов ретикулярной формации, сильнее возбуждается кора. И сейчас же срабатывает обратный механизм: кора посылает сигналы, которые понижают тонус ретикулярной формации. Так устанавливаются оптимальные условия для работы обеих систем.
Между прочим, люди, сами того не подозревая, давно уже пользуются услугами ретикулярной формации. Врачи, например, когда делают операцию под общим наркозом: это на нее действуют вещества, вызывающие общее бесчувствие. Они подавляют активность нейронов ретикулярной формации, она перестает тонизировать кору, выключает ее, и человек на время теряет сознание, засыпает. Органы чувств его исправно продолжают приносить в мозг сообщения о боли, о звяканье хирургических инструментов, ярком свете в операционной, но ни на одно из этих раздражений больной не реагирует. Выключен основной механизм, «запускающий» в действие сознание.
Многие ученые полагают сейчас, что внимательность и умение сосредоточиваться тоже зависят от ретикулярной формации. Недавно установили, что она, выбирая и усиливая важные в данный момент для организма сигналы, второстепенные не только не пропускает, а даже ослабляет и понижает чувствительность к ним коры.
Экспериментаторы вживляли кошке электрод в ядро улитки (это отдел ствола, где идет сортировка и переработка звуковых сигналов) и записывали его активность. Время от времени над ухом кошки громко щелкали. Тотчас же улитка «откликалась» на щелчок: на кривой активности появлялся пик. Если щелчки слышались подряд и все усиливались, пики на кривой тоже шли подряд и размах их увеличивался. Но тут кошке подсунули банку с живыми мышами. Все внимание животное сосредоточило теперь на том, как бы достать хотя бы одну из них. И пики на кривой исчезли, хотя щелчки продолжались. Новый, более сильный раздражитель подавил прежний.
Этой способностью ретикулярной формации заинтересовались недавно стоматологи.
Оперируя с зубами, они надевают пациенту наушники. Наушники соединены с магнитофоном. На магнитофонной ленте записаны музыка и разные шумы. Музыка успокаивает больного, а шумы (почему-то лучше всего на психику действует шум водопада) маскирует жужжание бормашины и даже, как утверждают некоторые знатоки, «проявляясь в сознании, непосредственно подавляют ощущение боли». Если же боль все-таки беспокоит пациента, ему проигрывают пленку, на которой мелодия едва слышна за шумом. Больной невольно начинает прислушиваться. А врачу только этого и надо. Можно спокойно работать. Пациент уже не обращает внимания на его манипуляции.
О чудесной сети ствола мозга можно было бы рассказать еще немало интересного. Но, говорят, «нельзя объять необъятное».
