Мозг Леонардо. Постигая гений да Винчи

В XX веке появились приборы, с помощью которых нейробиологи могут изучать работу мозга здоровых людей в реальном времени. Сначала стало возможно измерять электрическую активность мозга. Нейроны, основные клетки нервной системы, работают, создавая электрические импульсы. Они генерируют слабые электромагнитные поля в окружающем пространстве. В коре мозга, расположенной непосредственно под костями черепа, содержится большое количество нейронов, и их суммарную активность можно измерить с помощью датчиков, присоединенных к электродам на голове. Считывание информации происходит в режиме реального времени. Метод называется электроэнцефалограммой, или ЭЭГ. Вслед за этим методическим прорывом быстро последовали другие, и у нейробиологов появились и более сложные приборы для изучения работы мозга.

В 1960-х годах Роджер Сперри создал экспериментальную модель, которую можно было использовать для изучения работы мозга. Он перерезал мозолистое тело у кошек, предполагая, что такое серьезное хирургическое вмешательство приведет к выраженным отклонениям. Мозолистое тело, соединяющее кору двух полушарий, — крупнейшая непарная структура в кошачьем мозге. К его удивлению, поведение кошек после операции оставалось обычным. Как такое могло быть? Сперри задумался. Как может сохраняться относительно нормальное поведение после перерезки основного кабеля, соединяющего полушария? И что в этой связи можно сказать о работе человеческого мозга?

Первоначально он предположил, что, вероятно, кошки на эволюционном древе расположены слишком далеко от человека. Тогда он провел ту же операцию на обезьянах. У обезьян после операции картина была та же, что и у кошек. Сперри был еще сильнее заинтригован. Он по-прежнему считал, что после расщепления мозга в его работе должно что-то измениться.

Приблизительно в это же время два нейрохирурга из Лос-Анджелеса — Джозеф Боген и Филип Фогель — размышляли о применимости методики, которую Сперри использовал на кошках и обезьянах, для людей. Они предположили, что комиссуротомия мозга (термин, означающий операцию по рассечению мозолистого тела) может оказаться эффективным хирургическим методом лечения резистентной эпилепсии.

Эпилептический припадок можно сравнить с бурей, происходящей в голове. Обычно она начинается как шквальный порыв ветра в одном конкретном участке мозга, что проявляется в аномальной электрической активности в этой области. В начале припадка электрическая активность по непонятным причинам значительно усиливается и, быстро набирая силу, распространяется на соседние, нормальные участки, так что там тоже возникает интенсивная электрическая активность. Вскоре мозг начинает мигать как испорченный игральный автомат, а в результате возникает одна из самых пугающих разновидностей приступов, какие только можно наблюдать у человека.

Та часть тела, которая находится под непосредственным контролем пораженного участка, первой начинает то, что древние называли дьявольской пляской. Эпилептик быстро теряет сознание, дико размахивая одной рукой или ногой. По мере распространения волны возбуждения по нервной системе все четыре конечности совершают непроизвольные судорожные движения. Рот издает нечленораздельные звуки. Глаза закатываются настолько, что перестают быть видны зрачки. Под влиянием глазных мышц глазное яблоко дергается в быстрых движениях, называемых нистагмами, веки трепещут.

Во времена, когда Боген и Фогель изучали возможность хирургического лечения людей с эпилепсией, существовали разнообразные эффективные препараты, облегчающие или подавляющие припадок. К сожалению, не всем они помогали. Для таких резистентных эпилептиков Боген и Фогель предлагали свой радикальный подход. Теоретически комиссуротомия казалась перспективной идеей. Боген полагал, что если электрическая активность, вызывающая приступ, не сможет переходить из одного полушария в другое, как обычно, по мозолистому телу, из-за того, что оно перерезано, то припадок будет ограничен одним полушарием, а другое сохранит сознание и позволит больному позвать на помощь. Кроме того, ограниченный одним полушарием припадок, предположительно, протекал бы легче и быстрее заканчивался.

Конечно, никто не мог точно знать, какими будут последствия такого радикального лечения, как это повлияет на поведение, речь, координацию, равновесие, личность, рассудок, сексуальность и сознание. И кошки, и обезьяны, и человек относятся к млекопитающим, но между человеком и двумя другими животными из этого списка лежит пропасть. Риск был велик.

Тем не менее небольшая группа пациентов подписала информированное согласие на операцию, хотя их предупредили, что операция ранее на человеке не проводилась и очень опасна. Их жизнь была настолько подвержена рискам, что они согласны были на то, чтобы их мозг резко и необратимо изменился, ради шанса получить некое подобие контроля над тем, что их разрушало.

В 1963 году Боген и Фогель провели первую успешную комиссуротомию. Пациент выжил, и, что удивительно, его поведение и ответы на заданные вопросы мало отличались от того, что наблюдалось до операции. Друзья и родственники подтвердили, что он ходит, разговаривает и занимается своими делами так, словно ничего не изменилось от того, что теперь его левая рука в прямом смысле не ведала, что творит правая.

Осмелев, Боген и Фогель повторили эксперимент. Операция не только облегчала эпилептические приступы, как и предполагалось, но наблюдалось также необъяснимое снижение их частоты. На протяжении некоторого непродолжительного периода времени врачи рекомендовали операцию по рассечению мозолистого тела для больных эпилепсией, не восприимчивых к лекарственной терапии. Таким образом, было прооперировано более 1000 пациентов. В 1970-х годах, когда появились новые, более эффективные препараты для лечения эпилепсии, комиссуротомия перестала быть актуальной.

На начальном этапе Сперри следил за успехами Богена и Фогеля с большим интересом, признавая, что их прооперированные пациенты — настоящая сокровищница информации о том, как работает мозг. Вместе с Майклом Газзанигой, Дэвидом Галином и многими другими учеными он разработал ряд остроумных экспериментов, позволяющих исследовать каждое полушарие в отдельности. До этого у нейробиологов никогда не было экспериментальной модели, с помощью которой можно оценить, в каком из полушарий преимущественно представлена та или иная функция.

Вскоре в различных исследовательских центрах по всему миру начали накапливаться собственные группы пациентов с расщепленным мозгом [49].

В результате всех этих работ были сделаны поистине революционные выводы, хотя нередко они встречали серьезные возражения некоторых нейробиологов. Многочисленные критики правильно указывали на недостатки этой экспериментальной модели. У эпилептиков мозг не такой же, как у обычных людей. Кроме того, сама операция принципиально меняет мозг. Поэтому с научной точки зрения неправильно распространять на всю человеческую популяцию выводы, которые были получены при исследовании рассеченного мозга.

Но даже с учетом этих возражений исследования расщепленного мозга все же проливают свет на работу человеческого мозга. Наиболее важные выводы, полученные ранее при исследовании рассеченного мозга, в значительной степени подтверждаются при изучении здоровых людей с использованием новых методов нейровизуализации. Многое еще предстоит выяснить, но одно несомненно: каждому полушарию мозга человека природой предназначено выполнять свои функции.

Мозг чрезвычайно сложен. Такие понятия, как никогда, всегда и несомненно, при обсуждении мозга малоприменимы. Поэтому я прошу читателя простить меня, когда для простоты изложения я буду слишком категорично говорить о тех его функциях, относительно которых пока нет однозначного мнения.

Параллельно с изучением рассеченного мозга не менее важные успехи были достигнуты в области нейрохимии. Ученые начали попытки идентифицировать и понять функции широкого спектра веществ, называемых нейромедиаторы. Помимо гормонов, поступающих в кровь и действующих на больших расстояниях, существуют вещества, не покидающие «родных мест». Гормоны, например тестостерон, инсулин, эстрогены и тироксин (из щитовидной железы), могут сильно влиять на эмоции, настроение и мыслительные процессы, даже если вырабатываются органами, расположенными далеко от мозга. Нейромедиаторы, такие как дофамин, норадреналин и серотонин, в очень небольших количествах могут вызвать резкий эмоциональный или интеллектуальный подъем.