Наша цель, конечно же, всегда заключалась в том, чтобы лечить больных. А пациент, остававшийся в сознании и сохранявший бдительность на протяжении всей долгой операции, которая проводилась в надежде на излечение, направлял руку хирурга. Более того – пациент учил нас многому в процессе операции[7].
Поскольку слабый электрический ток, внедряясь в активность извилины мозга пациента, иногда вызывает непроизвольное проявление ее функции, стимулирующий электрод может быть использован для картирования коры и идентификации роли этой извилины с учетом того, как пациент описывает свои ощущения и мысли. Также электрод, если использовать его в разумных пределах, может иногда воспроизвести начало эпилептического припадка у пациента и таким образом раскрыть место расположения источника возбуждения мозга. Разговаривая с пациентом и каждый раз прислушиваясь к тому, что ему пришло в голову, когда к коре его мозга прилагали электрод, мы всегда узнавали что-то новое. В случаях, когда мы удаляли извилину в качестве меры избавления от припадков, мы получали знание о функции мозга, как только становилось ясной суть того, чего пациент лишился после операции.
Результаты наблюдений, которые будут представлены в следующих обсуждениях (главы 4–9), время от времени публиковались благодаря помощи талантливых ассистентов Монреальского неврологического института, не все имена которых присутствуют в Библиографии.
Глава 4 Взаимодействие сенсорной и произвольной моторных функций
А теперь посмотрим на краткое описание сенсорных и двигательных механизмов и некоторые врожденные рефлексы, которые играют большую роль в интегративной активности мозга человека и других млекопитающих. Надеюсь, это послужит подготовкой для одних читателей и повтором или обзором для других перед тем, как я перейду к обсуждению механизмов мозга, теснее связанных с активностью разума и мышления.
Стволовая часть мозга и спинной мозг обеспечивают человека врожденными рефлексами, так же, как это происходит и у других млекопитающих. Они регулируют такие сферы, как мышечный тонус, поддержание осанки, биомеханику локомоции (передвижения), температурный контроль и ритм сна, дыхания и откашливания (см. рис. 1). Полушария мозга образуют телэнцефалон, или конечный мозг, или новый мозг, который вырастает из диэнцефалона, или промежуточного мозга, называемого высшим отделом стволовой части мозга, или старым мозгом. Полушария мозга разрастаются пропорционально от низших позвоночных до человека, достигая на этом уровне своего максимума. Потоки нервных импульсов, переносящих, к примеру, болевые ощущения, двигаются внутрь и вверх через спинной мозг и нижние отделы ствола мозга к ядрам серого вещества в диэнцефалоне. Это конечный пункт болевых ощущений в сером веществе головного мозга. Болевые ощущения отличаются от других ощущений, поскольку они не делают крюк, а идут мимо коры головного мозга. Между тем другие пучки нервных волокон, несущих чувствительные импульсы, которые будут конвертированы в селективные ощущения, делают этот важный заход. Эти потоки обеспечивают информацию для оценки тактильных ощущений, позиции, зрительных, слуховых, вкусовых ощущений и запахов. Каждый такой поток приходит сначала к клеткам серого вещества в высших отделах стволовой части головного мозга, где приостанавливается, а затем (за возможным исключением ощущений запаха) продолжает свой путь в «крюке», направляясь к своей второй остановке в сером веществе полушарий головного мозга. Отсюда они возвращаются прямо к клеточным ядрам-мишеням в пределах серого вещества высших отделов ствола головного мозга.
Рис. 1. Некоторые механизмы головного мозга.
Кора левого полушария головного мозга человека заштрихована черным цветом, ствол мозга и спинной мозг показаны схематично на фоне полушарий. Основные направления потоков электрических потенциалов из отдельных частей серого коркового вещества указаны стрелками в пределах конкретных механизмов мозга, а именно: двигательные (моторные) – от высших отделов стволовой части мозга к моторной коре и далее вниз к двигательным клеткам в нижних отделах ствола мозга или спинного мозга, вызывая произвольные движения; соматические сенсорные (чувствительные) – от глаз, ушей, тела и конечностей вверх к высшим отделам стволовой части мозга, затем делают крюк, после чего идут к соматической сенсорной извилине и обратно к высшим отделам ствола головного мозга; зрительные сенсорные – от сетчатой оболочки глаза через ствол мозга (зрительный бугор) к сенсорной зрительной извилине коры головного мозга и обратно к стволу мозга; слуховая – от внутреннего уха через ствол мозга (медиальное коленчатое тело) к слуховой извилине Гешля и обратно к высшим отделам ствола мозга; речевая – от высших отделов ствола мозга к речевой коре и снова обратно; префронтальная – от высших отделов ствола мозга к префронтальной коре и обратно; интерпретативная – стрела пока указывает только на одну часть цепи, в дальнейшем предстоит показать ее полностью. Эта часть, как было доказано с помощью электрической стимуляции интерпретативной коры, активизирует серое вещество, очевидно, расположенное в высших отделах стволовой части мозга. Результатом этого является мыслительный «возврат» к опыту прошлого.
В целом кора полушарий головного мозга, по-видимому, играет определенную роль в выработке функции каждого механизма. Структуры высших отделов ствола мозга инициируют активность в механизмах или получают потоки электрических потенциалов для дальнейшей интегративной активности.
Слуховая кора в мозге человека (извилина Гешля, участки, прилегающие к Сильвиевой борозде, как это показано на рис. 1 и 8) предназначена для обработки слуховых сигналов. Поток нейрональной информации, поступающей от уха, достигает высших отделов ствола мозга и, сделав крюк, направляется к извилине Гешля. После перехода от одной клетки к другой в пределах серого вещества этой извилины он возвращается обратно в высшие отделы стволовой части мозга. Аналогичная картина характерна и в отношении сенсорной зрительной коры, как это видно на рис. 1. Она представляет собой «пересадочную» станцию для сигналов, идущих от глаз к высшим отделам ствола мозга.
В этом кратком обзоре эфферентных чувствительных путей я не сослался на ретикулярную формацию, описанную Моруцци и Магоун, в стволовой части мозга. Со временем, несомненно, будет показано функциональное значение этой системы в процессе центрэнцефалической интеграции.8, 9
Недавние исследования показали, что каждый сенсорный сигнал, будь то слуховой или зрительный, либо идущий от значительной соматической сенсорной системы тела имеет коллатеральные ответвления на своем пути к таламусу, представляющему собой ядра высшего уровня в стволе мозга. Эти коллатерали снабжают ретикулярную формацию ствола мозга. Это в свою очередь полностью обеспечивает ретикулярную формацию соответствующими средствами, чтобы она могла тормозить или, напротив, активизировать поступающую сенсорную информацию в зависимости от того, как таламус или кора воспринимают эти сигналы.
Все это является частью центрэнцефалической системы функциональной интеграции, создающую сенсорно-моторную реакцию, равно как и сознательную реакцию и запланированные действия.
Рисунок из анатомического атласа Жана-Батиста Сарландье (фр. Anatomie mйthodique, ou Organographie humaine). 1830 г.
В целом сегодня ясно, что все сенсорные данные, которые могут информировать человека об окружающей его обстановке, через афферентные потоки электрических потенциалов поступают к серому веществу высших отделов ствола мозга либо напрямую, либо опосредованно.
Слово афферентный означает, что потоки направляются к объекту. Эфферентные потоки несут информацию от объекта. В свете функциональной организации головного мозга «афферентные» предполагают движение в направлении серого вещества в высших отделах ствола мозга.
С другой стороны, потоки нервных импульсов, контролирующих произвольную активность, являются эфферентными. Они выходят из серого вещества высших отделов ствола мозга и, совершив свой собственный крюк, направляются к моторным извилинам коры полушарий. После остановки в клетках этих извилин потоки импульсов идут непосредственно обратно к нижним отделам ствола мозга и спинному мозгу для последней остановки в клетках этих структур перед тем, как достичь мышц. Эти моторные потоки импульсов регулируют активность, которая может быть произвольной или запланированной.
Сенсорная и моторная извилины в мозге человека и других млекопитающих «привязаны» к своим функциям с момента рождения. Гиппокампальная область (см. рис. 8), расположенная под поверхностью каждой височной доли, таким же образом связана со своей функцией. Она играет определенную роль в сканировании записей прошлого опыта и выведении из памяти событий и фактов прошлого. С другой стороны, некоторые извилины, которые в конце концов используются для, так сказать, физических функций, также не «привязываются» к их конкретной функции в момент рождения, что будет далее объяснено.
Сенсорная и моторная извилины в мозге человека и других млекопитающих «привязаны» к своим функциям с момента рождения. Гиппокампальная область (см. рис. 8), расположенная под поверхностью каждой височной доли, таким же образом связана со своей функцией. Она играет определенную роль в сканировании записей прошлого опыта и выведении из памяти событий и фактов прошлого. С другой стороны, некоторые извилины, которые в конце концов используются для, так сказать, физических функций, также не «привязываются» к их конкретной функции в момент рождения, что будет далее объяснено.
Глава 5 Неотъемлемый субстрат сознания
Со временем в нейрохирургической практике стало довольно очевидно, что даже удаление больших участков коры полушарий мозга может осуществляться без того, чтобы пациент впал в бессознательное состояние. Вместе с тем повреждения или вмешательство в функции высшего отдела стволовой части мозга, даже на незначительных участках, могло привести к полной и окончательной утрате сознания.
Полученное мной приглашение прочитать Харвиевскую лекцию в Нью-Йоркской академии медицины побудило меня в 1938 году проанализировать и пересмотреть вопросы функциональной локализации.14 Если коротко, то мое заключение было следующим:
Существует множество свидетельств уровня интеграции в пределах центральной нервной системы, (функционально) более высокого, чем-то, что может быть обнаружено в коре полушарий мозга, свидетельства региональной локализации нейронного механизма включены в эту интеграцию. Я полагаю, что эта область лежит не в новом мозге (новой коре), а в старой (стволовой части мозга).
И вновь возвращаемся к обсуждению: «Неотъемлемый субстрат сознания лежит за пределами коры полушарий, вероятно, в промежуточном мозге (в высшем отделе стволовой части мозга)». Понимание того, что кора полушарий мозга, вместо того чтобы оказаться «вершиной», «высшим уровнем» интеграции, находится на уровне разработки и резко разделена на отдельные области, ассоциированные с различными функциями (чувствительной, двигательной или психической), пришло ко мне как озарение. Тучи над моей головой рассеялись, и я вдруг увидел, что определенные механизмы мозга начинают вырисовываться более ясно и в них проглядываются механизмы разума.15, 16
Несколько позднее ко мне пришло осознание того, что у человека имеются извилины, с эволюционной точки зрения более новые и не предназначенные для выполнения моторной или сенсорной функций. Они должны ассоциироваться с функциями после рождения. По сравнению с другими млекопитающими у человека наблюдается весьма значительное расширение в двух основных областях полушарий мозга: а) префронтальная область и б) височная, как это показано на рисунке 2. Обе приросшие области имеют отношение к тому, что можно было бы назвать «протоколами разума».
а) Можно домыслить что-либо о функции первого упомянутого прибавления, если бы было установлено, что удаление большого участка передней части лобной доли приводит к нарушению у пациента «способности к запланированной инициативе» (Пенфилд и Эванс23, 1940).
б) Второе из вышеназванных эволюционных новшеств увеличивает височную долю головного мозга человека. Новые извилины появляются здесь между слуховой чувствительной корой и зрительной сенсорной корой, вытолкнув эти две чувствительные зоны с поверхности каждого полушария и отодвинув их в глубину борозд, образуя височный полюс спереди и внизу.
В момент рождения ребенка функциональное предназначение новых извилин височной доли еще не установилось и не обусловлено какими-либо функциями. В начальный познавательный период детства некоторые из этих извилин на обеих сторонах программируются с целью их ассоциации с функцией речи, как правило, у праворуких людей это происходит на левой стороне. Остальные части будут заняты интерпретацией опыта текущего времени в свете опыта прошлого. И эту область коры мозга мы обозначили как интерпретативную кору. Эти новые области коры полушарий – и лобная, и височная – включаются в механизмы, обеспечивающие процессы мышления, и происходит это вслед за первоначальным периодом того, что можно назвать «обусловливанием» и программированием. К объяснению этих механизмов мы вернемся в следующих главах.
Рис. 2. Первоначальная, функционально не определившаяся кора
Функциональные диаграммы коры полушарий некоторых млекопитающих. Никак не обозначенные участки соответствуют приблизительному распространению площадей серого вещества, которое при рождении остается функционально не определившимся, то есть не являющимся ни моторным, ни сенсорным серым веществом. У человека, к примеру, слуховая сенсорная кора действительно проталкивается из наружной поверхности мозга, утопая в Сильвиевой борозде. Этим рисунком я обязан покойному Стенли Коббу.
Глава 6 Электрически реактивированный поток сознания
В ходе хирургической операции, проведенной пациенту, страдающему от припадков, связанных с нарушениями в височной доле (эпилептические припадки, вызванные разрядом импульсов, возникших в этой доле мозга), мы столкнулись с тем, что электрическая стимуляция интерпретативной области коры иногда сопровождалась тем, что Хьюлингс Джексон назвал «сонным состоянием», или «физическим припадком» (Джексон3, 4). Время от времени пациент сообщал нам, что мы вызвали у него одно из его «сонных состояний», эти сообщения воспринимались нами как свидетельство того, что мы значительно приблизились к источнику его припадков[8]. Совершенно очевидно, что эти видения не были снами. Это была электрически активированная последовательность записи его сознания, произведенная в процессе переживания им опыта прошлого периода. Просто у пациента «воскресло» все то, что он осознавал в тот период времени, и представилось в форме ретроспекции или в виде движущихся картинок, связанных с событиями прошлого.
В первый раз, когда пациент, находившийся в сознании, сообщил мне о возникновении такой «ретроспекции» (1933 г.), я воспринял его слова скептически. Однако в дальнейшем, после каждого такого случая, я стал испытывать восхищение. Например, однажды мать сообщила, что, когда мой электрод коснулся коры ее мозга, она вдруг ощутила, будто находится на своей кухне и слышит голос ее маленького сына, который играет на улице во дворе. Она будто слышала шумы, раздающиеся по соседству, например шум машин, которые могли угрожать ее ребенку.
А молодой человек утверждал, что он находился на бейсбольном матче в небольшом городке, наблюдая за тем, как маленький мальчик подползает под изгородь, чтобы присоединиться к зрителям. Другому человеку казалось, что он сидит в концертном зале и слушает музыку. «Оркестровку», как он пояснил. Он мог слышать различные инструменты. Все это были не столь важные события, но он вспомнил о них во всех подробностях.
Д. Ф. слышала инструменты, исполняющие мелодию. Я повторял стимуляцию одного и того же места тридцать раз (!), пытаясь запутать ее, и диктовал каждый ее ответ стенографистке. Каждый раз, когда я осуществлял стимуляцию, она снова слышала мелодию. Каждый раз мелодия начиналась с того же самого места и снова звучала нота в ноту. Когда Д. Ф. пыталась воспроизвести мелодию, темп ее исполнения был таким, какой и следовало ожидать.
В других случаях различные «ретроспекции» возникали в результате последовательных стимуляций одного и того же участка коры. Возможно, мой рассказ станет более достоверным, если я кратко опишу один показательный случай, хотя он уже был опубликован.18 Специально для не клиницистов я даже приложу фотографию пациента, готового к операции.
У М. М., молодой женщины 26 лет (рис. 3), были незначительные приступы, которые начинались с ощущения того, что происходящее ей уже знакомо, затем возникало чувство страха, а потом наступал «небольшой сон», отражающий опыт прошлого. Когда правое полушарие мозга было вскрыто для операции, как это показано на рисунке 4, я проверил кору мозга электродом, размещая нумерованные квадратики бумаги на поверхности мозга, чтобы каждый раз отмечать места, откуда поступали положительные ответы. При стимуляции точки 2 пациентка почувствовала покалывание в большом пальце левой руки; при стимуляции точки 3 – покалывание на левой стороне языка; при стимуляции точки 7 язык начал двигаться. Тогда стало ясно, что точка стимуляции 3 была расположена на сомато-сенсорной извилине, а 7 – на моторной извилине (рис. 5). Теперь очевидно, что точка 11 маркирует первую височную извилину под Сильвиевой бороздой. Мой набросок, сделанный после операции и представленный на рис. 5, показывает положение всех точек стимуляции, которые вызвали у пациентки позитивную реакцию. Стимулирующий электрический ток был усилен до трех вольт. Последовавшие реакции от височной доли носили «психический» характер, а не сенсорный или двигательный. Они представляли собой активацию потока сознания, относящегося к прошлому: