Когда и как это удастся решить? Думаю, что технический прогресс в исследованиях мозга человека наряду с важностью задачи предопределяет ее решение в обозримом будущем. Но все-таки, вероятно, неполное…
Итак, если резюмировать отношение к вопросу о реальности расшифровки нервного кода обеспечения мыслительных процессов, думается, что она реальна, дело за временем и дальнейшим развитием техники. Хотя…
Привычный наш материализм подскажет нам: если уж это удастся, остановитесь! На свете так много интересного и требующего исследования! Дальше идти будет некуда, дальше – идеальное!! Материальное, лежащее в его основе, могут изучать морфологи, физиологи, биохимики, биофизики и т.д. А идеальное для таких материалистов табу! Вот психологи, психиатры – пожалуйста. Но у них, как известно, совсем другие приемы, они оценивают событие по входу и выходу. Но все-таки, что же такое для диалектического материалиста или просто наделенного кроме идеологии еще и здравым смыслом это идеальное? Ничто? Но «ничто» не может сдвигать горы, строить города, надо или не надо – поворачивать реки, передавать знания – да мало ли что еще делает человеческая мысль!
Что же это такое – идеальное? Трудный и, пожалуй, страшноватый, хотя и вполне закономерный вопрос. Что же в результате всех сугубо материальных и поддающихся изучению сейчас (или тех, что будут изучаться в будущем) процессов в мозге формируется и далее, в свою очередь, формирует жизнь общества? Не только думаю, но верю и надеюсь, что задача изучения сущности так называемого идеального должна быть поставлена. Считайте ее поставленной сегодня. А почему «страшновато»? Да так недалеко и до души добраться, обязательно скажут оппоненты. Не обвиняйте меня, пожалуйста, в идеализме, философы. Идеалисты это те, кто допускает, что горы сдвигает «ничто».
Все, о чем здесь говорится более или менее популярно, прямо или косвенно связано с моим почти полувековым опытом исследований функционирования мозга человека. Не обо всем знании, которое накапливается в результате такого опыта, целесообразно говорить в научных трактатах – этим в первую очередь и вызвано появление данной книги. Не все удалось рассказать и здесь – это вполне естественно связано с желанием сфокусировать изложение знаемого вокруг какого-то стержня. В этой книге таким научным стержнем является физиология эмоциональной и мыслительной деятельности человека и некоторые прикладные аспекты работы.
Важно подчеркнуть еще одно положение. На основе полученных результатов были предложены оправдавшие себя принципиально новые методы лечения. Все это, и все эти годы, находилось в моем поле зрения и проводилось под постоянной моей ответственностью. Это, естественно, заставляло думать о самых разных направлениях огромной проблемы «Мозг» и руководить очень полиморфным по специальностям сотрудников научным отделом. В нем одновременно работали врачи, физиологи, психологи, физики, математики, химики и инженеры. Может быть, все это и определило такого рода обобщение, где не на последнем плане оказалась сама жизнь. Но об этом – дальше.
Почему ПЭТ?
Сейчас[24], когда я увидела многие сотни «наших» (назовем их так условно) позитронограмм, я еще раз убедилась, как была права, мечтая об этом современном чуде, о возможности комплементарных исследований, где сведения о событиях в целом мозге дополняются знаниями о том, что происходит в его микрообъемах. Ощущение «стены» в возможностях познания мозга полностью не прошло, но стена отодвинулась, стала дальше, и может быть, на многие годы.
Здесь я буду писать о возможностях так называемой неинвазивной технологии: у нас – ПЭТ. Но обязательно постараюсь написать в этой же книге, что мы знаем о «Зазеркалье», о том, что там, за той невидимой стеной, перед которой сейчас еще притупляются наши возможности объективного изучения мозга.
Не всегда легко объяснить, когда в науке что-то знаешь раньше того, что видишь. Как в этом случае быть с господином Фактом? Истинное движение вперед в науке очень редко связано просто с накоплением «кирпичиков» и с гипотезой, из них построенной, не выходящей за их ширину, толщину и высоту. Хотя кто не знает, как этой «кирпичиковой» наукой гордятся те, кто за неимением пред-видения в науке строит ее именно таким образом, да еще с великой гордостью и отрицанием значения предвидения. Хотя, конечно, я не против кирпичиков и кирпичных зданий (в том числе и научных, особенно если они подтверждают озарения, доступные другим).
Так вот. Япония, 1988-й… А до нее Америка, 1987-й. ПЭТ – где-то рядом, со мной общаются владельцы ПЭТ, они рассказывают – а я вижу, знаю, что можно еще… И говорю, говорю об этом – так, наверное, ведут себя люди с навязчивыми идеями.
Вскоре появляются публикации, не наши[25], но которые могли бы быть нашими, если бы прибор был у нас раньше. Ну, ничего, утешаю я себя, здесь, в изучении мыслительных и, в частности, речевых процессов, мы свое возьмем, пусть как угодно далеко уйдут «богачи» – ранние владельцы ПЭТ. Ведь мы – долгожители в проблеме «Мозг и мышление».
Итак, почему ПЭТ?
Если вернуться мысленно к началу 60-х годов, когда мы впервые применили для лечения и диагностики прием долгосрочных вживленных электродов, то, безусловно, и тогда мы знали, что о состоянии живого мозга человека придется судить по его микроучасткам, презентативность которых определяется лишь предварительным их выбором. Выбором на основе того, в общем, не очень многого, что было известно о принципах, механизмах и организации мозга к тому времени. Как видно из предыдущих глав книги, удалось не только накопить обширный материал, но и построить на его основе концепции о работе здорового и больного мозга человека, в том числе и об организации мыслительной и эмоциональной деятельности. Естественно, как в любом сверхсложном вопросе – а таковым может быть практически все касающееся организации мозга человека, – полиметодичность нейрофизиологических исследований, давая исключительно много в понимании местных событий, как бы психологически даже отвлекала от огромного недостатка данной методологии – суждения о состоянии мозга по отдельным, пусть и функционально важным, микрозонам его. Хотя, забегая немножко вперед, следует сказать, что возможности ПЭТ не только не поколебали, но подтвердили обобщения «нашего» нейрофизиологического инвазивного периода. И все же это стало ясно позднее. А тогда, когда принципиальные возможности прорыва в понимание организации мозга с помощью инвазивного приема были методологически освоены и, по большому счету, почти исчерпаны, хотя, естественно, великое множество частностей оставалось неизвестным, жизненно нужна была комплементарная методология.
Иными словами, нужна была методика, позволяющая получать представление о том, что происходит во всем объеме мозга. И даже не о том, что уже произошло, а именно о том, что происходит. Я подчеркиваю эти различия потому, что о том, что уже произошло в мозге, можно судить на основе использования КТ (рентгеновской компьютерной) и МРТ (магниторезонансной) томографии (здесь не имеется в виду ФМРТ, предоставившая исключительные возможности для изучения функционирующего мозга).
На сегодня одной из оптимальных техник для суждения о том, что происходит в мозге, является ПЭТ. Сущность ее метода состоит в чрезвычайно высокоэффективном слежении за распределением в мозге исчезающе малого (порядка 1010 атомов) количества радиоактивного изотопа, внедренного в биологически значимое вещество, метаболизм которого предполагается исследовать. Таким веществом может быть 18-фтордезоксиглюкоза – в этом случае изучаются закономерности потребления энергии, Н215O-вода – здесь исследуется локальная скорость мозгового кровотока и т.п. Динамика распределения радиофармпрепарата в зависимости от вида выполняемой деятельности отражает тот или иной вид включения различных областей мозга в ее обеспечение. Пространственная разрешающая способность метода – у нас пока около 6 мм (предел – около 2 мм), временна́я для глюкозы – около 40 минут, для мозгового кровотока – 40 секунд. Исследования проводились на ПЭТ-камере производства Scanditronix AB (Швеция) PC 2048-15В.
На срезах-сканах последовательно открывается весь мозг, видны его более или менее активные зоны, неактивные и сверхактивные. Эти последние или отражают болезнь, или, если речь идет именно о сверхактивности, активацию этих зон заданной деятельностью.
На основе возможностей ПЭТ вполне реально, при применении различных функциональных проб, построение функциональных макрокарт всего мозга. Элементы макрокарт такого рода широко публикуются не только в научной литературе, но и в центральных американских газетах. Это действительно еще один прорыв – возможность увидеть в пространстве всего мозга области, имеющие значение для обеспечения речи, счета, опознания слов и соответственно речевой памяти и многого, многого другого. И может быть, не имей мы многолетнего «нейрофизиологического разговора» с мозгом, мы были бы более чем счастливы в результате этих чужих находок. Мы и сейчас радуемся им и глубже понимаем то, что видим теперь сами на основе прошлого опыта.
На срезах-сканах последовательно открывается весь мозг, видны его более или менее активные зоны, неактивные и сверхактивные. Эти последние или отражают болезнь, или, если речь идет именно о сверхактивности, активацию этих зон заданной деятельностью.
На основе возможностей ПЭТ вполне реально, при применении различных функциональных проб, построение функциональных макрокарт всего мозга. Элементы макрокарт такого рода широко публикуются не только в научной литературе, но и в центральных американских газетах. Это действительно еще один прорыв – возможность увидеть в пространстве всего мозга области, имеющие значение для обеспечения речи, счета, опознания слов и соответственно речевой памяти и многого, многого другого. И может быть, не имей мы многолетнего «нейрофизиологического разговора» с мозгом, мы были бы более чем счастливы в результате этих чужих находок. Мы и сейчас радуемся им и глубже понимаем то, что видим теперь сами на основе прошлого опыта.
Уже в самом начале нашей работы на ПЭТ по изучению данной проблемы мы увидели, что при выполнении добровольцами тестов на восприятие и произнесение слов не у всех высвечивались обе классические зоны – Брока и Вернике. Даже эти, казалось бы, весьма «жесткие» зоны могли выдавать «сюрпризы». Так, у здорового добровольца X на ПЭТ-сканах в условиях вполне соответствующих тестов активировалась зона Брока, а у здорового добровольца Y – зона Вернике. В первом случае молчала зона Вернике, во втором – Брока. И хотя анатомически здесь не все концы с концами абсолютно сходятся, можно заподозрить, что и эти зоны могут объединять в себе и контроль восприятия, и контроль речевого ответа, и, по-видимому, как сейчас проясняется, не только это. Однако здоровый доброволец Z вполне уложился в схему учебника, равно как и ряд других.
Дальнейшие наши и многочисленные зарубежные исследования с помощью неинвазивной техники действительно показали принципы и частности мозгового обеспечения самых разных аспектов речевой функции.
В материалах 2-й Международной конференции по функциональному картированию мозга человека (Бостон, 1996) в большом числе работ представлены данные о современном состоянии вопроса о мозговом картировании подавляющего большинства высших функций человека. Изменения при психологических тестах наблюдались преимущественно в левом полушарии и также преимущественно в области височной коры. В зависимости от характера тестов вовлекались и многие другие отделы коры не только левого, но и правого полушария, различные структуры подкорки и мозжечка. Накопление базисных данных и общий уровень исследований позволяют сейчас проводить уже детализацию функциональных свойств различных зон мозга. Это в большой мере определяется конструированием соответствующих психологических тестов и повышением разрешающей возможности метода.
В исследованиях, проводимых у нас в Институте мозга человека РАН (С.-Петербург)[26], при зрительном предъявлении связного текста и задании последующего пересказа его мы наблюдали множественность зон активации и в левом, и в правом полушариях. Зарегистрирована преимущественная активация левого полушария: первичная слуховая кора, верхняя височная извилина – слуховая ассоциативная кора (поля Бродмана 22 и 38), зона Вернике – височная доля с угловой и надкраевой извилинами (поля Бродмана 22, 39, 41, 42), первичная моторная кора и соматосенсорная кора (прецентральная и постцентральные извилины) (поля Бродмана 1, 3, 4), лимбическая кора: задние отделы цингулы (поле Бродмана 23), инсула. В правом полушарии нет активации угловой и надкраевой извилин, есть активация в переднем отделе цингулы (поле Бродмана 24). Из подкорковых структур активированы таламус справа и амигдала слева.
Детализация в рамках этой проблемы опубликована нашим сотрудником В.А. Воробьевым с соавторами[27] из того же Института мозга человека. Исследования были специально нацелены на изучение мозгового обеспечения орфографических и синтаксических аспектов речи. Показано, что медиальная экстрастриарная кора (главным образом, слева) вовлекается в произвольную и непроизвольную обработку орфографической структуры (при зрительном предъявлении слов). Задние отделы левой височной коры (зона Вернике) наиболее вероятно принимают участие в произвольной обработке семантики и менее вероятно – в обработке синтаксической структуры. В соответствии с нашими предыдущими данными, нижняя часть фронтальной коры действует как связующее звено между системами произвольного и непроизвольного семантического анализа. Предложена гипотеза, что синтез семантической и синтаксической информации происходит на основе взаимодействия активности передней части верхней височной и нижней лобной зон левого полушария, с возможным дополнительным участием передневерхней височной зоны правого полушария. Что же касается нижней части фронтальной коры, то одни из первых данных о ее связи с семантикой относятся к 1988 г. М. Познер опубликовал результаты своих исследований[28], которые позволили выявить в лобной доле (приблизительно в области поля 46 по Бродману) «центр семантики». Эта зона реагировала на пробы, задачей которых было опознание смысла. Однако из 10 испытуемых лишь у 7 обнаружилась активация этой зоны. Трое решали те же задачи при иной организации мозга. У нас эта зона первоначально обнаружилась в нейрофизиологических исследованиях. Некоторые ее свойства нами описаны[29] и будут приведены в этой главе позднее.
Более широкое, чем представлялось ранее, распространение в коре зон, обеспечивающих обработку языковой функции, готовых или потенциально готовых участвовать в этом процессе, было показано Д. Бавелье (D. Bavelier)[30], что также полностью подтвердило наши более ранние работы, проведенные с помощью инвазивной техники. Обнаружение такого распределения указанных выше зон в данной работе оказалось возможным с помощью ФМРТ 4 тесла. Использование новейшей техники позволило проследить динамику изменений в мозге при психологическом тестировании.
Каждый, кто варьировал психологические задания, описывал соотносимые прежде всего с этими изменениями перестройки мозговой структурной организации системы обеспечения деятельности. Очень иллюстративно это положение рассматривается в работах М. Познера, Я. Абдуллаева, В. Шарлот и др.[31] У нас в Институте мозга человека в работах по изменению направленности внимания с помощью ПЭТ[32] показано, что этот фактор может оказывать поразительное влияние на пространственную организацию зон активации при одинаковых психологических пробах. Показано, что при полной идентичности предъявляемых стимулов направленность внимания на восприятие слуховых или зрительных стимулов радикально меняет паттерн возбуждения мозговых структур. При зрительной направленности внимания возбуждение преимущественно сконцентрировано в экстрастриарной коре, а при внимании к слуховым стимулам возбуждены височные области, фронтальная кора, инсула, поясная извилина, чечевицеобразное и хвостатое ядра. Показана асимметрия активации некоторых структур в зависимости от «правой» или «левой» направленности внимания.
С помощью неинвазивной техники проводится анализ тех расстройств функций мозга, понимание механизмов которых до сих пор было крайне затруднительно, если не невозможно[33].
В некоторых работах исследовалась мозговая мозаика при изменении эмоционального состояния[34], изучались нейроанатомические корреляты счастья, грусти, отвращения. Регистрировалось повышение активности в таламусе и медиальной префронтальной коре, передних и задних височных структурах. Состояние счастья отличалось от грусти большей активностью вблизи вентрально-медиальных отделов лобной коры. Рассматривая эту работу как предварительную, авторы все же считают возможным различать с помощью ПЭТ области положительных и отрицательных эмоций. Соотносимые находки описаны М. Филлипсом и др.[35] Е. Рейман[36] предположил, что на ПЭТ можно увидеть разницу между эмоциями, вызванными внешними и внутренними факторами. Исследуя роль эмоциональной нагрузки слов, Р. Мэддок и М. Буонокоре[37] обнаружили в исследовании с помощью ФМРТ, что слова, содержащие угрозу, в сравнении с нейтральными, активировали заднюю область cingulate gyrus слева в 8 из 10 субъектов, причем активация была наиболее выраженной в retrosplenial области. При сравнении узора активации, вызванного нейтральными словами, с результатами теста, не содержащего слов, обнаружилась двусторонняя активация височных и лобных областей без активации cingulate области. Авторы обсуждают возможную роль задней области cingulate коры в процессах обеспечения эмоций, памяти и расстройств типа тревожности.