Люди не исключение из железного правила биологии «МОЗГ НУЖЕН ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ». Хотя мышление людей устроено намного сложнее, чем у других представителей живого мира, наш мозг тоже предназначен прежде всего для движения. Об этом говорит хотя бы тот факт, что в отделах мозга, отвечающих за движение, находится большинство нейронов нашего мозга, а многие другие, недвигательные, задачи в нашем мозге, если присмотреться, оказываются тесно связанными с действиями.
Наши выдающиеся способности к познанию, анализу и самокопанию первоначально развивались, чтобы мы могли лучше двигаться легче, быстрее, эффективнее, безопаснее, в правильном направлении и, по возможности, в сплоченном кругу единомышленников.
В нашем теле есть две взаимодополняющие системы, от которых мы зависим в любой деятельности. Сенсорная система получает информацию от систем осязания (и не только) и на ее основе формирует внутреннее представление о нашем теле во внешнем мире. Двигательная система, наоборот, отталкивается от этого внутреннего представления, чтобы изменить его в нужную сторону в реальном мире. Вот мы стоим на игровом поле, и в нашу сторону летит мяч. Мозг позволяет за считаные секунды оценить положение тела, направление и скорость движения мяча и отдать команду мышцам тела, чтобы спустя мгновение мяч оказался в наших руках (или полетел к другому игроку после паса ногой все зависит от правил и навыков). Если вникнуть в то, как это происходит, это невероятная по сложности задача. Мозг в буквальном смысле на лету способен анализировать малейшие отклонения в движении объектов, чтобы моментально в точности скорректировать движения мышц для достижения нужной цели сохранить равновесие, споткнувшись или наступив на шаткую поверхность; перехватить мяч, поменявший траекторию от порыва ветра; подхватить опрокинутый стакан или телефон, летящий из рук на асфальт. Хоть нам и не всегда удается все это сделать, поразительно, что довольно часто многое все-таки получается двигательный контроль в мозге доведен практически до совершенства, и даже обидно, что мы так редко об этом задумываемся.
В нашем теле есть две взаимодополняющие системы, от которых мы зависим в любой деятельности. Сенсорная система получает информацию от систем осязания (и не только) и на ее основе формирует внутреннее представление о нашем теле во внешнем мире. Двигательная система, наоборот, отталкивается от этого внутреннего представления, чтобы изменить его в нужную сторону в реальном мире. Вот мы стоим на игровом поле, и в нашу сторону летит мяч. Мозг позволяет за считаные секунды оценить положение тела, направление и скорость движения мяча и отдать команду мышцам тела, чтобы спустя мгновение мяч оказался в наших руках (или полетел к другому игроку после паса ногой все зависит от правил и навыков). Если вникнуть в то, как это происходит, это невероятная по сложности задача. Мозг в буквальном смысле на лету способен анализировать малейшие отклонения в движении объектов, чтобы моментально в точности скорректировать движения мышц для достижения нужной цели сохранить равновесие, споткнувшись или наступив на шаткую поверхность; перехватить мяч, поменявший траекторию от порыва ветра; подхватить опрокинутый стакан или телефон, летящий из рук на асфальт. Хоть нам и не всегда удается все это сделать, поразительно, что довольно часто многое все-таки получается двигательный контроль в мозге доведен практически до совершенства, и даже обидно, что мы так редко об этом задумываемся.
Надо сказать, что наша невнимательность и даже некоторая беспечность обычно не помеха для повседневных дел большинство движений запускаются мозгом в обход осознания. Это весьма предусмотрительно, ведь внимание человека это ценный и ограниченный ресурс, а мышц в организме больше полутысячи[21].
Если отслеживать шевеление каждой мышцы, можно просто сойти с ума. Даже если отслеживать не отдельные мышцы, а движения, задача остается чересчур сложной. Показателен пример: при каждом шаге движениями ног управляют несколько десятков слаженно работающих мышц.
Обычный человек ежедневно проходит хотя бы несколько тысяч шагов, и если бы нам приходилось в буквальном смысле сознательно контролировать каждый свой шаг, это было бы крайне утомительно (и, скорее всего, неэффективно). Однако именно потому, что все это проходит мимо нашего внимания, мы не подозреваем, насколько сложные процессы стоят даже за самыми тривиальными движениями.
В мозге есть целая иерархия отделов, которые занимаются контролем движения. Сначала в голове должна возникнуть цель, ради которой мы захотим пошевелиться. Желательно, чтобы в каждый момент времени она была одна: если их внезапно больше, придется думать, что выбирать или как исхитриться угнаться за обоими зайцами в одном забеге. После того как мы определились с выбором цели, нужен план действий, который поможет ее достичь. Дальше мозг должен превратить последовательность действий в партитуру для скелетной мускулатуры: какие мышцы и с какой силой нужно напрячь, в каком порядке подобрать для каждой нужный момент, чтобы запустить сокращение, отследить длительность и точность и т. д. Нашему внутреннему «моторному» дирижеру приходится согласовывать и направлять все эти штуки, и он справляется с этим блестяще до такой степени, что мы даже не обращаем внимания на то, насколько это сложно[22].
После всех подготовительных этапов во время выполнения действий нужно постоянно получать обратную связь от тела, чтобы каждое мгновение вносить корректировки в то, что происходит: сменить темп и силу сокращений мышц ног и корпуса в зависимости от того, оказался ли пол под ногами скользким, покрытым ворсистым ковром или заваленным досками и мешками с цементом для предстоящего ремонта. Все это обычно проходит мимо нашего сознания, кроме самой верхушки айсберга скажем, осознания, что сейчас надо подойти к двери и посмотреть, кто пришел.
Глава 7
Кто такой кортикальный гомункул и как он появился
Вначале было электричество. В том смысле, что долгий путь к созданию гомункула начался с того, что Луиджи Гальвани[23] взял дохлую лягушку и заставил ее задние лапы дергаться и сокращаться при помощи электрических разрядов в область седалищных нервов [1]. Гальвани заинтересовался происходящим и решил лучше разобраться с тем, почему электричество заставляет мертвую лягушку трепыхаться, словно она живая. Он подошел к феномену не как физик, а как физиолог: тщательно исследовал вновь открытое явление и заключил, что электричество способно оживлять обездвиженные мышцы, потому что заменяет собой электрические импульсы, которые в живом организме генерирует головной мозг. Так Луиджи Гальвани стал отцом-основателем электрофизиологии, а сотни его последователей начали изучать биоэлектричество и его роль в жизни животных.
Следующими в ряду праотцов гомункула стали Густав Фрич и Эдуард Гитциг: они решили посмотреть, что будет, если стимулировать не периферические нервы, а кору головного мозга животных. Оказалось, что реакция будет зависеть от того, куда конкретно направить электрический разряд. Если стимулировать участки мозга, расположенные примерно посередине каждого из полушарий, можно наблюдать сокращения мускулов на противоположной стороне тела животного. Прикладывая электрод к разнообразным участкам коры, ученые в конечном счете обнаружили, что в мозге есть двигательная полоска узкая вертикальная полоса серого вещества, вдоль которой расположены центры управления скелетными мышцами на противоположной стороне тела[24]. Разным мышцам соответствовали разные участки двигательной полоски, то есть двигательный контроль в коре головного мозга имел выраженную топографическую организацию, где каждый из участков коры отвечал за движения определенной части тела.
Электрическая стимуляция мозга помогает понять во время нейрохирургической операции, все ли идет по плану.
С развитием нейрохирургии электрическую стимуляцию мозга стали применять нейрохирурги. Когда в мозге развивается опухоль, ее нужно удалить, чтобы спасти пациента, но сначала важно разобраться, где проходит граница между здоровой и перерожденной тканью. Если этого не сделать, со всех сторон поджидают неприятности: если быть осторожным и оставить в мозге часть опухоли, она может вырасти вновь, а если перестараться и удалить лишнее, можно повредить здоровые участки коры, нарушив нужные и важные процессы. Поэтому нейрохирурги проводят тестовую электрическую стимуляцию вокруг опухоли перед тем, как ее удалять. Таким образом медики проверяют, где заканчивается опухоль и начинаются здоровые ткани, заметно увеличивая шансы пациента на благополучный исход и снижая риск потери неврологических функций.
Этот подход помогает не только пациентам, но и ученым [2]. В 1937 году Уайлдер Пенфилд и Эдвин Болдри опубликовали в журнале Brain статью, где рассказывали о результатах стимуляции той самой двигательной полоски в головном мозге 126 пациентов, которых Пенфилд прооперировал под местной анестезией. В основу работы легли отчеты о том, где и какие ощущения замечали пациенты, пока хирург перемещал стимулирующий электрод вдоль центральной борозды, разделяющей лобную и теменную доли. Эти данные помогли понять, как у человека организованы отделы коры, отвечающие за ощущения и управление телом.
Карта тела в коре головного мозга сильно отличается от реальных пропорций тела.
Тщательно проанализировав толстую кипу протоколов операций, ученые получили первую всеобъемлющую карту с расположением зон человеческого тела вдоль моторной и соматосенсорной коры. На 42-й странице статьи Пенфилда и Болдри читатель встретит небольшое перевернутое изображение человека-лягушки с непропорционально большой головой и руками это был сенсомоторный гомункул собственной персоной. Своим появлением он отражал то, как, по мнению ученых, усредненный мозг соотносился с усредненным человеческим телом[25].
Примерно так выглядит гомункул
В нашем головном мозге отделы коры, отвечающие за движения и ощущения в теле, расположены в прямом смысле бок о бок. Они разделены довольно глубокой центральной бороздой, отделяющей лобную долю от теменной. Спереди от борозды расположена первичная моторная кора она контролирует наши движения; сзади соматосенсорная, которая получает от тела обратную связь и затем отправляет ее к моторной коре. Вдоль двух узких полосок находятся различные участки, которые, как и у животных, организованы топографически, представляя собой карту ощущений и движений тела.