Проблема Ноя и ландшафты мозга

На протяжении нескольких последних десятилетий полушарная специализация превратилась в модную тему популярной литературы. Широкое распространение получили такие понятия как «правомозговая» и «левомозговая» терапия, «правомозговые» и «левомозговые» черты, «правомозговые» и «левомозговые» личности. Но важно понять, что два полушария имеют намного больше общего, чем различного. Исполнители, сидящие в сходных позициях по обеим сторонам прохода, играют на сходных инструментах. Полушарная специализация является не чем иным, как двумя параллельными вариациями на одну и ту же фундаментальную тему.

В соответствии с этой темой, затылочные доли вовлечены в зрение, височные — в звуковое восприятие, теменные — в тактильное и соматосенсорное восприятие. Но человеческий мозг — это больше, чем собрание узко специализированных сенсорных устройств. Мы способны распознавать сложные формы, понимать язык и анализировать математические соотношения. Что является нейронным базисом этих и других сложных психических функций? Как мы увидим, оркестр состоит из многих исполнителей, чей вклад в общий ансамбль не поддается простым определениям и чье месторасположение в оркестре является одновременно и сложным, и переменчивым.

Традиционно специалисты по нейронауке использовали эффекты повреждения мозга для того, чтобы понять, как работает нормальный мозг. В самой упрощенной форме логика такого исследования продвигается следующим образом. Предположим, что повреждение области мозга A причиняет ущерб когнитивной функции A', но не когнитивным функциям B', C' или D',. В отличие от этого, повреждение области BВ причиняет ущерб когнитивной функции B', но не когнитивным функциям A', C' или D'; и так далее. Тогда мы можем заключить, что область мозга A ответственна за когнитивную функцию А', область мозга B — за когнитивную функцию В', и так далее.

Этот метод называется принципом двойной диссоциации. Этот проверенный временем метод лежит в основе классической нейропсихологии. К настоящему времени он внес больший вклад в наше понимание сложных отношений между мозгом и когнитивной деятельностью, чем любой другой метод. Однако он уязвим во многих аспектах. В сильно взаимосвязанном мозге повреждение одной области может затронуть работу других областей. Раненый мозг претерпевает различные формы естественной реорганизации («пластичность»), которая делает его весьма иллюзорной моделью нормальной функции. Несмотря на эти недостатки, метод повреждений позволил получить очень много полезной информации относительно мозга, и все наши сегодняшние теории о функции мозга до некоторой степени базируются на этой информации.

Эффекты влияния повреждений мозга на познавательную деятельность помогают ответить не только на вопросы «где», но и на вопросы «что». Наблюдая различные формы дезинтеграции познавательной деятельности, мы начинаем понимать, как природа «расщепляет» психические функции на специфические когнитивные операции, и как эти операции распределяются в мозге.

В течение нескольких последних лет появление мощных методов функциональной нейровизуализации изменило направление нейронауки. Как указывалось ранее, эти методы включают позитронно-эмиссионную томографию, компьютерную единичнофотонную эмиссионную томографию и особенно функциональное магнитно-резонансное сканирование. Основываясь на различных физических принципах, от радиоактивного излучения вещества до изменений локальных магнитных полей, эти методы объединяет одна общая черта. Они позволяют нам прямо наблюдать различные формы физиологической активности в различных частях мозга во время решения человеком различных когнитивных задач. Выдающийся американский психолог Майкл Познер сравнил влияние функциональной нейровизуализации на когнитивную нейронауку с влиянием телескопа на астрономию. Так же, как изобретение телескопа в начале семнадцатого века сделало возможным прямое наблюдение макрокосма, внедрение функциональной нейровизуализации в конце двадцатого века впервые в истории позволило нам прямо наблюдать мыслительные процессы.

Функциональная нейровизуализация имеет свои ограничения. Большинство ее методов не измеряет нейронную активность прямо. Вместо этого они используют непрямые (косвенные) измерения, или «маркеры»: кровообращение, глюкозный метаболизм и так далее. Однако имеются веские свидетельства в пользу того, что эти маркеры точно отражают уровни нейронной активности. Другое ограничение относится к нашей способности отождествлять источники активации, соотнося различные аспекты этой активации со специфическими психическими операциями. Специалисты по нейронауке разрабатывают все более мощные статистические методы для решения этой проблемы.

Еще одна проблема касается отношения между сложностью задачи и усилиями, требующимися для ее разрешения, и силой сигнала, регистрируемой томографом (fMRI, PET, SPECT). По мере ознакомления с задачей и ее освоением, сила сигнала обычно снижается³⁴. В принципе, это может означать, что высокоавтоматизируемая, не требующая усилий, «легкая» задача не сможет генерировать заметный сигнал. Но легкие и не требующие усилий познавательные задачи не являются, так сказать, внечерепными. Они также происходят в нашей голове и повреждения мозга продолжают влиять на них. Фактически, большая часть наших психических процессов не требует усилий и протекает автоматически, как если бы они управлялись автопилотом. В противоположность этому, требующие усилий и контролируемые сознанием познавательные задачи представляют только малую часть нашей психической жизни.

Весьма возможно, что достигнутая на сегодня разрешающая способность устройств функциональной нейровизуализации ограничена теми познавательными задачами, которые «требуют усилия», в то время как «не требующие усилий» автоматические задачи не производят различимого сигнала. Большая часть относительно сложных когнитивных активационных задач, используемых в экспериментах, вероятно состоит из как требующих, так и не требующих усилий когнитивных компонентов. Поэтому их активационные «ландшафты» могут быть обманчивыми, так как они отражают изолированные вершины с невидимыми долинами между ними. То, что вы видите, может быть намного меньше того, что происходит на самом деле. Попытки определять паттерны мозговой активации в условиях познавательной задачи, базируясь на данных функциональной нейровизуализации, можно уподобить попыткам Ноя представить себе ландшафт Месопотамии, глядя на вершину горы Арарат, выступавшую из воды после Всемирного потопа. Понимание отношений между силой сигнала и уровнем сложности в строго количественных задачах поможет интерпретировать данные об активации когнитивных функций, получаемые с помощью fMRI и PET. Доступные нам технологии нейровизуализации являются неоценимым инструментом когнитивной нейронауки в той мере, в какой мы осознаем эти ограничения и не принимаем данные слишком некритично и буквально.

Внедрение новых научных методов всегда увлекательно. Но в то же самое время оно угрожает стабильности установленных знаний. Большая часть научных открытий скорее расширяет и разрабатывает ранее накопленные знания, нежели опровергает их. Точки разрыва в потоке научного прогресса относительно редки. Когда они случаются и старые утверждения отвергаются в пользу радикально отличающихся от них, мы говорим, что наступил «сдвиг парадигмы». Историки науки горячо обсуждали отношения между прогрессом в научных методах и концептуальными прорывами. Что движет чем? Не каждый новый научный метод, будь он даже революционным, ведет к немедленному концептуальному сдвигу парадигмы. Хорошая новость состоит в том, что современные открытия функциональной нейровизуализации в целом подтвердили более ранние представления, основанные на изучении повреждений мозга. Плохая новость заключается в том, что до настоящих концептуальных прорывов нам еще далеко.

Модулярное помешательство

В начале 1980-х годов Галль и его френология пережили странное возрождение под именем «модулярности»³⁵. Повреждения мозга часто приводят к очень специфическим и узким когнитивным дефектам. Они могут затрагивать имена объектов, принадлежащих к специфической категории (например, цветов или животных), но не влиять на все другие имена объектов. Или они могут ухудшать распознавание специфического класса объектов, но не других объектов. Многие годы нейропсихологи были увлечены такими феноменами, которые известны как «сильные диссоциации». Некоторые из описанных сильных диссоциаций были необычными. В одном исследовании пациент, который был не в состоянии назвать персик или апельсин, без проблем называл счеты и сфинкса!

Сильные диссоциации весьма редки и большинство клиницистов ни разу не сталкивается с ними в ходе своей карьеры. Тем не менее, многие ученые считали, что сильные диссоциации представляют особый интерес и информативность для понимания мозговых механизмов когнитивной деятельности. Нейропсихологические исследования и теоретическая работа стали крайне зависимыми от поиска таких «интересных случаев», теоретическое значение которых стало символом веры. Многочисленные обычные случаи, которые надо было просеять в поиске малого числа драгоценных случаев сильных диссоциаций, отбрасывались как неинформативные.

Это хождение по кругу породило вывод, что кора состоит из различных модулей, каждый из которых отвечает за высокоспециализированную когнитивную функцию. Выдвигалось предположение, что модули инкапсулированы, отделены друг от друга четкими границами и весьма ограниченно взаимодействуют друг с другом. Случаи высокоспецифических когнитивных дефицитов (дисфункций) интерпретировались как поломки узкоспециализированных модулей, а существование таких случаев принималось как доказательство существования модулей.

В соответствии с этой схемой, кора понималась как мозаика из многочисленных модулей, разделенных четкими границами, с ограниченным взаимодействием между ними. Каждый модуль наделялся высокоспецифичной функцией. Поиск сильных диссоциаций признавался ведущим методом нахождения этих мистических модулей. Для каждой вновь описанной значительной диссоциации постулировался новый модуль, и их список расширялся. Это весьма напоминало расцвет френологии, за исключением того, что сильные диссоциации, вызванные повреждениями мозга, заменив шишки на черепе, стали ведущим источником открытий.

Ошибочность такого подхода становится очевидной, когда понимаешь, что на каждый случай сильной диссоциации приходятся сотни случаев слабой диссоциации, где нарушены сразу многие функции, хотя и в различной степени. Принимая априорное решение о том, что эти гораздо более многочисленные случаи не важны, а важны только сильные диссоциации, специалист неизбежно склоняется к предубеждению в пользу модулярной теории мозга.

В действительности модулярная теория объясняет очень мало, поскольку, не обладая способностью свести многообразие специфических фактов к упрощающим общим принципам, она не удовлетворяет фундаментальным требованиям любой научной теории. Подобно религиозным языческим верованиям древности, она просто создает параллельную номенклатуру, изобретая новое божество для каждого предмета. Тем не менее, подобно каждому упрощенному представлению, она соблазняла иллюзорной привлекательностью немедленной объяснимости — путем введения нового модуля для каждого нового наблюдения!

Сильные диссоциации, по их крайней редкости, скорее отражают идиосинкразии индивидуальных когнитивных стилей и условий и имеют мало отношения к инвариантным принципам мозговой организации. Если это так, то тогда редкие сильные диссоциации являются не чем иным, как плохо интерпретируемыми статистическими отклонениями.

Вот подумайте: мой родной язык — русский, английский я выучил в подростковом возрасте. Мое владение обоими языками варьирует в зависимости от обстоятельств и изобилует сильными диссоциациями. Утомление, опьянение или болезнь оказывают четкое и разнонаправленное воздействие на мою способность общаться на двух языках. На английском языке мое владение конкретным лексиконом (например, названиями предметов домашнего обихода, которые я выучил ребенком) становится весьма неуверенным, но мое владение абстрактным лексиконом (т.е. научной терминологией, которую я выучил во взрослом возрасте) остается неизменным. На русском языке происходит обратное: я начинаю спотыкаться в попытках передать понятия высокого уровня, но мой повседневный язык остается неуязвимым. Определенные части лексикона (например, названия цветов и рыб) ухудшаются в равной степени на обоих языках, потому что я никогда их толком не знал ни на одном из этих языков. У моего хорошего друга, известного психолога из южной Калифорнии, родным языком является английский и он отлично владеет русским. Он сообщает о столь же сильных, зависящих от состояния, диссоциациях в обоих языках, сходных по характеру, но не по специфике.

Если кому-то из нас не повезет и его поразит инсульт, это повлияет на когнитивную нейропсихологическую теорию по-разному, в зависимости от того, кто из нас будет обследоваться и на каком языке. Будут точно документированы и полностью описаны сильные диссоциации, обусловленные абсолютно индивидуальными обстоятельствами наших личных биографий, которые не имеют никакого значения для нейронауки.

Верно, что билингвизм сравнительно мало распространен. Однако у различных людей могут играть роль другие необычные когнитивные факторы. Комбинация этих исключений может вызывать самые сильные диссоциации. Каждый индивидуальный когнитивный профиль — это ландшафт, состоящий из вершин (сильные качества) и долин (слабые качества), и разрывы в их высоте могут быть весьма драматичны. Мое почти полное невежество относительно названий рыб и цветов в моем родном русском языке — показательный случай.

Влияние массивного неврологического расстройства на весьма пересеченный когнитивный ландшафт можно сравнить с наводнением, которое затапливает долины, но не достигает вершин. Плавные переходы между индивидуальными сильными и слабыми точками покажутся сильными диссоциациями и легковерный нейропсихолог будет затоплен морем артефактов.