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

В древности люди описывали устройство человека, руководствуясь гончарным ремеслом (и библейскими текстами): человек создан богом из глины, и от глины его отличает душа, или дух, который и есть основа нашей личности и психики. С появлением первых гидравлических механизмов появилась теория о том, что поведением человека управляют гуморальные жидкости, определяющие его темперамент (наверное, выражение «моча в голову ударила» дошло до нас как раз из тех времен). Когда люди придумали паровые машины, возобладала новая идея: мозг устроен как сложный поршневой механизм, в котором поршни и пружины приводят в действие мышцы, — таким образом мозг реагирует на те или иные воздействия. В середине XIX века Герман фон Гельмгольц [43] Немецкий физик, врач, физиолог, психолог, акустик. — Прим. ред. сравнил работу мозга с работой телеграфа — новейшего изобретения той эпохи, позволяющего людям передавать сообщения на сотни километров за считаные минуты. Когда люди разработали первые компьютеры — мощные вычислительные машины, способные проводить расчеты, выполнять различные программы, записывать и хранить нужные файлы на жестком диске, — возникла и быстро стала популярной новая метафора устройства мозга: мозг — это очень сложный (и миниатюрный) компьютер.

Есть очень важное отличие мозга от компьютера: первый все время чем-то занят. Даже когда не занят ничем.

Эта метафора завоевала умы ученых: большинство современных проблем работы мозга описываются в тех же терминах, применимых и в информатике. Как происходит обработка сигналов? Как мозг кодирует информацию? Где и в каком виде хранятся воспоминания — как они формируются и извлекаются из памяти? Какова емкость кратковременной и долговременной памяти?

Каждая из метафор работы мозга, приходивших на смену друг другу, отражает самые передовые технологии, которые были доступны человечеству. Однако любая из них исключает вопрос о том, что происходит с мозгом, когда он ничем не занят: ни гидравлический аппарат, ни механизм, ни телеграф, ни компьютер не имеют никакой особой внутренней деятельности; вся их активность сводится к тому, что необходимо для решения той или иной задачи, а все остальное время любой из этих приборов просто простаивает без дела, безжизненный, пассивный и пустой.

Нейробиологи и психологи по-разному смотрят на то, что и каким образом можно изучать в голове человека. Психологи изучают психику — то есть внутренний мир человека, его мысли, чувства и установки. Нейробиологи смотрят на устройство внутреннего мира человека в основном с материалистических позиций: за какие процессы отвечают отдельные зоны мозга, что в них происходит и как это можно проверить. Тем не менее мозг и психика настолько сложно устроены, что невозможно изучать сразу все, что там происходит, — приходится выбирать что-то одно, чтобы разобраться в деталях происходящего и хоть что-нибудь понять.

Когда мы ищем ответ на вопрос, чем занят мозг, проблема кроется не только в метафорах. Сами по себе исследования мозга — очень непростое занятие, можно сказать, целое искусство. В самом деле, каким образом можно подступиться к тому, как работает мозг, имея не слишком-то продвинутые инструменты, а именно такими располагали ученые на протяжении почти всего XX века [44] Сейчас нейробиологи располагают множеством удивительных технологий: мы можем просветить мозг человека и получить изображения с точностью до одной тысячной мм 3 (правда, такая точность возможна только для посмертного снимка — живой человек просто не может лежать настолько неподвижно, чтобы добиться такого разрешения). Мы умеем получать животных, у которых можно сравнительно легко возбудить или затормозить любые интересующие ученых нейроны, определять, какие белки синтезируют нейроны, и заблокировать у них активность почти любого гена. Мы даже умеем выращивать мини-мозги из отдельных стволовых клеток в пробирке, и эта технология дает надежду, что когда-нибудь мы сможем лечить нейродегенеративные заболевания. Тем не менее концептуальный прорыв в науках обычно отстает от технологического: многие ученые продолжают исследовать свои объекты по старинке, опираясь на идеи и теории ученых, работавших в первой половине ХХ и даже в XIX веке. Некоторые из этих идей до сих пор актуальны, другие уже устарели и требуют пересмотра, однако это очень небыстрый и неоднородный процесс. — Прим. авт. .

Если говорить об исследованиях работы мозга у здоровых людей, то до 70-х годов ХХ века чуть ли не единственным методом изучения оставалась электроэнцефалограмма — запись слабых электрических токов с поверхности головы. Запись электроэнцефалограммы для неспециалиста выглядит довольно запутанно: это множество хаотических колебаний разной амплитуды, где мелкая рябь высокочастотных вибраций располагается на поверхности все более крупных низкочастотных волн. Она напоминает скорее шум, чем осмысленные сигналы, и в ней невозможно различить активность отдельных нейронов — только больших и слаженно работающих популяций. На ЭЭГ мы видим какофонию из множества одновременных сигналов и можем распознать только очень заметные события, затрагивающие тысячи клеток, расположенных рядом друг с другом и вблизи поверхности мозга. То есть, чтобы что-то различить на ЭЭГ, нужно, чтобы одновременно выполнялось несколько важных условий — вся остальная активность в мозге скрыта от исследователя, изучающего ЭЭГ.

Скажем, мы хотим узнать, как прослушивание музыки влияет на ЭЭГ. Для этого недостаточно записать электрическую активность с поверхности головы, пока играет музыка: мозг — орган с очень насыщенной внутренней жизнью, и даже очень заметные внешние стимулы влияют на его электрическую активность лишь в незначительной степени. Сигналы, регистрируемые с поверхности мозга, будут связаны не только с музыкой: в мозге одновременно происходит множество самых разнообразных процессов — некоторые из них, похоже, генерируются самой нервной системой независимо от внешних сигналов.

Чтобы выяснить, каким образом именно прослушивание музыки влияет на ЭЭГ, мы можем применить два подхода: либо сравнить записи ЭЭГ у одного человека в тишине и пока играет музыка, либо записать ЭЭГ у множества людей, которые слушают одну и ту же композицию, и усреднить их. В идеале стоит применить оба подхода и записать ЭЭГ многих людей — в тишине и когда играет музыка. В обоих случаях мы пытаемся изолировать эффект музыки от всей остальной активности на ЭЭГ, которая нам в этот раз не важна и которой мы пренебрегаем. Если мы исследуем, как музыка влияет на работу мозга, нам не важно, что еще происходит в мозге помимо восприятия музыки, поэтому берем две группы записей ЭЭГ и просто ищем отличия между ними, а все остальные сигналы на записи относим к бессмысленному (для нашей задачи) шуму, от которого лучше избавиться.