Елена Белова - Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове

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] Думаю, люди, довольно трезво оценивающие сложность наших движений, — это даже не нейробиологи (по крайней мере, далеко не все), а инженеры-кибернетики, которые пытаются обучить роботов двигаться по пересеченной местности, не спотыкаясь и не теряя равновесия. При этом какие-нибудь тараканы справляются с этим намного лучше роботов, то есть для таких задач достаточно даже крохотных мозгов беспозвоночных. А чтобы создать нейропротез, не отличимый от человеческой руки, потребуются еще долгие годы разработок (будем надеяться, что когда-нибудь это все же случится). — Прим. авт. .

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.

Вначале было электричество. В том смысле, что долгий путь к созданию гомункула начался с того, что Луиджи Гальвани [23] Итальянский врач, анатом, физиолог и физик, один из основателей электрофизиологии и учения об электричестве. — Прим. ред. 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] Поскольку в мозге со сторонами тела и их управлением все непросто, в нейробиологии есть два удобных латинских термина: ипсилатеральный обозначает, что второй объект находится с той же стороны, что и первый, а контралатеральный — что второй объект находится на другой стороне тела. Например, за движение правой руки отвечает контралатеральное полушарие большого мозга и ипсилатеральная половина мозжечка. Когда объектов становится три, как в примере выше (рука, большое полушарие, мозжечок), словами «противоположный» и «с той же стороны» уже не обойдешься, получится слишком запутанно. — Прим. авт. . 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] Об усреднении тут написано не просто так: индивидуальные карты тела в мозге людей могут очень заметно различаться. — Прим. авт. .