Святослав Медведев - Наталья Бехтерева – какой мы ее знали

И все-таки, несмотря на все эти трудности, сейчас мы с уверенностью можем сказать, что Наталье Петровне удалось открыть многие явления мозга впервые. К таким явлениям прежде всего относятся феномен детекции ошибок и открытие когнитивных свойств подкорковых структур мозга. Я остановлюсь только на этих двух открытиях, поскольку сам был непосредственным участником этих неординарных и порой драматических событий.

Все мы знакомы с такими явлениями, когда не выключенный дома утюг вдруг всплывает в нашей памяти и не дает нам покоя, когда, совершив поступок, мы вдруг с сожалением осознаем, что это был неверный шаг, и мучаемся, с горечью осознавая ошибку… Во всех этих случаях в мозгу активируется особая группа нейронов – так называемые детекторы ошибок. Говоря об этом явлении, впервые открытым Натальей Петровной, интересно проследить историческое развитие этого открытия. Дело в том, что Наталья Петровна занималась этой проблемой на протяжении всей своей жизни. И на разных этапах ею использовались именно те показатели мозга, которые были доступны ученым в те исторические времена.

В конце шестидесятых годов в качестве физиологического параметра жизнедеятельности мозга выступала доступная и легкая в анализе методика регистрации концентрации кислорода в головном мозгу. Методику реализовал в рамках комплексного подхода Валентин Борисович Гречин, ученик Натальи Петровны. Заключалась она в том, что на золотые (поляризующиеся) электроды, вживленные в ходе стереотаксической операции в мозг больного, подавалось небольшое отрицательное напряжение –0.63 вольта. При этом на границе электрод – среда мозга начинали протекать сложные окислительно-восстановительные процессы, при которых ток, проходящий через электрод, оказывался пропорционален концентрации кислорода в окружающей среде. Анализируя флюктуации напряжения кислорода в мозгу с помощью этой полярографической методики, Валентин Борисович обнаружил, что концентрация кислорода в ткани мозга не является постоянной величиной, а претерпевает медленные (с периодом от 6 до 60 секунд) колебания.

Удивительно, но тогда никто не обратил внимания на это открытие. И только спустя почти сорок лет ученые сумели повторить и, главное, оценить эти наблюдения. Но сделаны они были уже на другом методическом уровне, с использованием нового метода, появившегося в конце восьмидесятых годов, – метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Хочу дать несколько пояснений для тех, кто не знаком с этой уникальной методикой конца ХХ века. ПЭТ основывается на использовании физических свойств изотопов – радиоактивных форм простых атомов (таких, как водород, кислород, фтор), которые, распадаясь, испускают позитроны. Радиоактивные атомы получаются с помощью специального физического устройства, называемого циклотроном. Радиоактивные атомы объединяются в более сложные молекулы, такие как кислород, вода или глюкоза, с помощью другого сложного устройства, так называемой «горячей камеры» – химической лаборатории. При проведении ПЭТ-исследования радиоактивные вещества вводятся в кровь пациентов и по сосудам достигают мозга. Здесь эти вещества поглощаются клетками определенных областей мозга, и поглощенное радиоактивное вещество испускает позитроны. Позитроны, сталкиваясь с электронами, аннигилируют с излучением двух гамма-квантов на каждое столкновение. Эти гамма-кванты регистрируются специальными датчиками, расположенными вокруг головы испытуемого, причем число столкновений прямо пропорционально активности нейронов, находящихся в соответствующем участке мозга. Иными словами, чем более активны нейроны в некоторой области мозга, тем больше радиоизотопов эта область поглощает и, следовательно, тем больший уровень гамма-излучения будет зарегистрирован из этой области. Для того чтобы восстановить распределение плотности радиоактивного вещества в трехмерном пространстве, используются специальные математические методы реконструкции, подобные тем, которые применяются в магниторезонансной томографии (МРТ). В России ПЭТ был впервые установлен в Институте мозга человека в 1990 году по инициативе Натальи Петровны Бехтеревой.

Так вот, используя это дорогостоящее оборудование, удалось подтвердить данные, полученные в отделе нейрофизиологии человека более 40 лет назад. Оказалось, что, действительно, концентрация кислорода в мозгу, измеренная с помощью ПЭТ, флуктуирует в диапазоне частот меньше 0.1 Гц, причем уровень кислорода в таких областях коры, как задняя и передняя зоны поясной извилины, претерпевает синхронные колебания, объединяющие эти области мозга в единую систему, часто называемую «дефолтной» (default) сетью мозга.

Исследования ПЭТ в психологических тестах также показали, что концентрация кислорода воспроизводимо изменяется при функциональных пробах – в точности так же, как это было показано в исследованиях ученика Натальи Петровны – В. Б. Гречина – в шестидесятых годах. Тогда Валентин Борисович регистрировал напряжение кислорода с помощью усилителей производства экспериментальных мастерских Института экспериментальной медицины Академии медицинских наук СССР, сама запись осуществлялась на чернильном самописце, а для доказательства воспроизводимости реакций мозга человека приходилось на кальке накладывать друг на друга записи, произведенные в нескольких пробах. Сейчас для этого используются сложные математические процессы реконструкции изображения, компьютерные методы усреднения и современные методы статистического анализа. Однако сущность открытого явления от этого не меняется.

Возвращаясь на сорок лет назад, хочу отметить, что уже в те годы в отделе нейрофизиологии человека использовались многообразные функциональные пробы, примерно такие же, какие сейчас используются в исследованиях ПЭТ. Одна из них – проба Бине на оперативную память. Больному предъявляли несколько цифр, которые он должен был повторить через несколько десятков секунд. Рассматривая вместе с В. Б. Гречиным вызванные реакции концентрации кислорода в ткани мозга в ответ на выполнение тестов на краткосрочную память, Наталья Петровна заметила, что некоторые области мозга реагировали изменениями метаболизма только при ошибочном выполнении тестов. С легкой руки Натальи Петровны эти области мозга были названы детекторами ошибок (Бехтерева, Гречин, 1968). Валентин Борисович провел серию изящных исследований по воздействию фармакологических агентов на детекторы ошибок и готовился к написанию докторской диссертации. Ранняя смерть в возрасте сорока лет не позволила ему довершить этот труд своей жизни. К сожалению, многие из этих работ так и остались неопубликованными.