Монти Лиман - Сафари по коже. Удивительная жизнь органа, который у всех на виду

Физическая реальность внешнего мира и картина, которую создает наш мозг, – совершенно разные вещи.

Эти малоизвестные механорецепторы в коже, названные именами двух немцев и двух итальянцев девятнадцатого века, творят маленькое чудо манипуляции объектами. Способность держать инструмент с такой ловкостью с помощью части нашей кожи – это то, что отличает нас от животных и (на момент написания) роботов.

Удивительные рефлексы этой «фантастической четверки» позволяют нам трогать, но не объясняют, как наш мозг узнает, что к нам прикоснулись. Физическая реальность внешнего мира и картина, которую создает наш мозг – на самом деле две разные вещи. Ранние исследователи и картографы старались постичь мир и визуально изображали его так, чтобы было понятно тем, кто остался дома. Разум понимает мир осязания с помощью двух карт: самой кожи и «сенсорного гомункула» в мозгу.

В 1950-е годы доктор Уайлдер Пенфилд, выдающийся канадский нейрохирург, занимался лечением пациентов с трудноизлечимой эпилепсией [212] Penfield, W., and Jasper, H., ‘Epilepsy and the functional anatomy of the human brain’, Little, Brown, 1954 .

МЕХАНОРЕЦЕПТОРЫ

У многих его пациентов с эпилепсией присутствовала аура – ощущение, что сейчас начнется приступ. Он предположил, что, если удалить часть черепа и вызвать ауру, воздействуя на участок мозга электродами, пока пациент в полном сознании, удастся найти участок мозга, ответственный за приступ. Эксперимент был успешен только частично, но доктор нашел нечто более интересное. Когда он прикасался к различным участкам мозга во время операции, у пациентов были странные ощущения на различных участках кожи. Пенфилд тщательно записал, какие участки мозга связаны с ощущениями на разных участках кожи. Что интересно, карта чувствительных участков в мозгу выглядит перемешанной, потому что площадь мозга не соответствует площади поверхности тела, которую закрывает участок кожи. Например, кожа на кончике указательного пальца, с его заметной плотностью чувствительных рецепторов, требует от «карты мозга» намного больше внимания, чем, скажем, кожа на спине. Чтобы выразить это, Пенфилд создал модель человека, на которой части тела были уменьшены или увеличены, отражая пространство, которое они занимают в мозге. В результате появился сенсорный гомункул – нескладное, неуравновешенное «гротескное создание» (как описал его Пенфилд). У него были увеличены те части тела, где была большая плотность механорецепторов (кисти рук, ступни и губы), в противоположность тем частям, где рецепторов было намного меньше (торс и руки) – эти части были тонкими и маленькими. Карта тела в мозге с тех пор получила название «сенсорного гомункула».

КАРТА ТЕЛА

Количество нервных окончаний в участке кожи влияет на точность ощущения. Это объясняет тот давно известный факт, что у женщин осязание лучше, чем у мужчин: так же, как большее количество джина и меньшее количество тоника создают более крепкий коктейль, так и то же самое количество механорецепторов в маленьких пальцах делает их более чувствительным инструментом. Точность прикосновения обратно пропорциональна размеру рук и пальцев, здесь побеждает самый маленький. Осязание разделяет не только по полу и размеру, но и по возрасту. С возрастом мы начинаем терять рецепторы в коже, и концентрация медленно ослабевает. Это частично объясняет, почему пожилым людям труднее справляться с мелкой работой руками. И хотя причиной неудач обычно считается потеря других ощущений – а именно, зрения и равновесия – уменьшение числа рецепторов в коже рук и ног тоже виновато. Но осязание – это не только количество рецепторов, это еще и их использование. У слепых людей различающее осязание намного лучше, чем у зрячих, и они расшифровывают шрифт Брайля с удивительной чувствительностью и скоростью [213] Cohen, L. G., Celnik, P., Pascual-Leone, A., Corwell, B., Faiz, L., Dambrosia, J., Honda, M., Sadato, N., Gerloff, C., Catalá, M. D. and Hallett, M., ‘Functional relevance of cross-modal plasticity in blind humans’, Nature, 389, 1997, pp. 180–83 . Это пример «пластичности» мозга, при которой мозг перестраивается, чтобы компенсировать потерянное ощущение; кожа может прикрыть слабое место. Потрясающий пример способности мозга перестраиваться – это случай тридцатишестилетней преподавательницы, которая перенесла инсульт в правом полушарии мозга [214] Ro, T., Farnè, A., Johnson, R. M., Wedeen, V., Chu, Z., Wang, Z. J., Hunter, J. V. and Beauchamp, M. S., ‘Feeling sounds after a thalamic lesion’, Annals of Neurology, 62(5), 2007, pp. 433–41 . Она почти полностью потеряла тактильную чувствительность в левой половине тела и столкнулась с «односторонним пространственным игнорированием» – левая часть поля зрения у нее не работала. Она постоянно сталкивалась с объектами слева от себя, от дверных косяков до прохожих на улице. К счастью, эти симптомы заметно улучшились через восемь месяцев, но теперь она начала слышать кожей. Некоторые звуки, особенно голос определенного радиоведущего, неизменно вызывали у нее покалывающее ощущение в коже левой руки. Сканирование мозга показало анатомическую реорганизацию нейронных связей в ее мозге. В процессе заживления после инсульта нейронные связи образовались между аудиторной (слышащей) и соматосенсорной (ощущающей) областями мозга. Этот странный феномен известен как акустико-тактильная синестезия – буквально «смешение ощущений».

Но этот, похожий на компьютерный, интерфейс, который создают механорецепторы и нейронные связи – не единственный способ, которым кожа ощущает. Вы когда-нибудь задумывались, почему подушечки пальцев сморщиваются в ванне? В детстве это может казаться самой неразрешимой научной загадкой. Выглядит так, будто какой-то вид осмоса вытягивает небольшое количество воды из кожи. Но учтите, что это сморщивание случается только на безволосой коже ладоней, кончиков пальцев и ступней. Хирурги 1930-х годов замечали, что, если нервы, идущие к пальцам, перерезаны, реакция с морщинками исчезает. Похоже, что сморщивание кожи в воде готовит нас к необычному тактильному испытанию – удержанию мокрых предметов. В 2011 году нейробиолог Марк Чангизи обнаружил, что рисунок морщинок на пальцах напоминает дренажную сеть, и что они определенно работают как автомобильные покрышки [215] Changizi, M., Weber, R., Kotecha, R. and Palazzo, J., ‘Are wet-induced wrinkled fingers primate rain treads?’ Brain, Behavior and Evolution, 77(4), 2011, pp. 286–90 . В этом открытии подвижный ландшафт кожи создает временный горный хребет, с водосбросами для новых рек. Годом позже команда университета Ньюкастла попросила участников эксперимента полчаса подержать руки в теплой воде, а затем выполнить задание по переноске влажных мраморных шариков [216] Kareklas, K., Nettle, D. and Smulders, T. V., ‘Water-induced finger wrinkles improve handling of wet objects’, Biology Letters, 9(2), 2013, p.20120999 . Те, у кого пальцы сморщились от воды, собирали и переносили шарики быстрее, чем участники с сухими руками, но сморщенная кожа не повлияла на способность собирать сухие шарики. Более поздние исследования, впрочем, показали результаты, противоречащие этому упражнению по переноске шариков [217] Haseleu, J., Omerbašić, D., Frenzel, H., Gross, M. and Lewin, G. R., ‘Water-induced finger wrinkles do not affect touch acuity or dexterity in handling wet objects’, PLOS ONE, 9(1), 2014, p.e84949 . Чангизи считает, что это приспособление осязания создано не для манипуляции мелкими предметами, а для быстрого движения и удержания веса тела при ходьбе босиком по влажной поверхности или залезании на влажные стволы деревьев и камни. Если мы хотим узнать, что из этого – настоящая причина, следующий эксперимент должен быть сопряжен с небольшим риском.