Дэвид Иглмен - Живой мозг

Печатается с разрешения автора

Тот факт, что у Алисы хорошее зрение и в норме координация в системе «глаз — рука», свидетельствует еще об одном удивительном явлении: даже притом что на первых этапах развития зрительная система работала не по штатной схеме, окружающие ее области без труда сообразили, как пользоваться необычной картой мозга. Иными словами, чтобы остальной мозг функционировал нормально, зрительной коре Алисы не требовалось выстраиваться согласно нормальному генетическому плану. В согласии со всем тем, что мы наблюдаем на протяжении этой книги, генетика Алисы не создала хрупкую систему, которая выйдет из строя при малейшем отклонении от заданного направления. Напротив, она распаковала живую сеть, которая в любом случае сама придумает, как обеспечить девочке зрение.

Если у Алисы правое полушарие отсутствует от рождения, то у Мэтью одно полушарие по показаниям удалили хирургическим путем (см. главу 1). Он слегка прихрамывает, а в остальном способен вести самостоятельную жизнь без опеки и помощи. Как и у Алисы, у Мэтью оставшееся полушарие сообразило, что делать: ткань мозга перестроилась, чтобы поддерживать обычную работу даже при радикальных изменениях. И у Алисы, и у Мэтью карты мозга трансформировались таким образом, чтобы уложиться в половину прежде занимаемой территории, сохранив в целости взаимосвязи, задачи и функции.

Как происходит такая радикальная перестройка? Первые подсказки дала обыкновенная лягушка, у которой зрительная система устроена проще, чем у человека. Нервные волокна от ее глаза проходят в область, называемую оптическим тектумом (в грубом приближении оптический тектум более или менее подобен первичной зрительной коре у млекопитающих), — от правого глаза в левый тектум, от левого соответственно в правый. При этом нервные волокна соблюдают порядок: те, что идут от верхней части глаза, входят в верхнюю часть тектума, а идущие от левой части глаза — в левую. Получается, что каждому выходящему из глаза нервному волокну заранее предписан свой адрес доступа в тектум. А что произойдет, если часть тектума устранить на той стадии развития, когда нервные волокна еще не дотянулись до него? Ответ: то же, что и в мозге Алисы, — вся карта зрительного поля — ретинотопическая карта — развернется на меньшей целевой территории. И выглядеть будет нормально, как ей и полагается2. Просто она несколько спрессуется — подобно карте сердобольной Республики Гаити после того, как цунами разорило восточную часть острова (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Сжатие под соответствие уменьшившейся территории. Слева: нормальная проекция сетчатки в оптический тектум. Справа: после удаления половины тектума ретинотопическая карта ужимается, чтобы уместиться в меньшую территорию

Печатается с разрешения автора

Теперь поднимем эксперимент на следующий уровень: что будет, если головастику справа или слева трансплантировать дополнительный глаз? В этом случае непредусмотренные волокна зрительного нерва должны будут присоседиться в тектуме к штатным волокнам, идущим от двух глаз. В результате глаза (два положенных генетикой и один лишний) разделят территорию на чередующиеся полосы и каждый набор полос будет содержать полную карту глаза3. И снова мы видим, что входящие нервные волокна используют пространство, имеющееся в наличии (рис. 8.5). Это сродни тому, что какое-то новое государство нахально вторгнется на остров Гаити, а граждане республики (вот добряки!) согласятся выделить ему жизненное пространство — полосами, чередуя свои владения с территорией, отданной пришельцам4. Этакая чересполосица!

Рис. 8.5. При трансплантации третьего глаза тектум выделяет дополнительному потоку сигналов место в виде полос, перемежающихся с полосами, которые принимают сигналы от «родных» глаз

Печатается с разрешения автора

Подобные эксперименты демонстрируют способность карт мозга при необходимости ужиматься и разделять территорию. А будет ли карта растягиваться, если обнаружится дополнительная свободная область? В целях исследования вопроса ученые удалили в одном глазу лягушки половину сетчатки, и теперь только половина нормального количества оптических нервных волокон поступает в нормальных размеров территорию оптического тектума. В этом случае карта (теперь кодирующая только половину зрительного поля) расширяется, чтобы использовать весь тектум (рис. 8.6)5.

Рис. 8.6. Когда в тектум поступает лишь половина ретинальных волокон, карта растягивается

Печатается с разрешения автора

Опираясь на примеры Алисы, Мэтью и лабораторных лягушек, можно сделать следующий вывод: нейронные карты не предопределяются генетической комиссией по территориальному планированию. Наоборот, заполняется и используется вся территория, имеющаяся в наличии.

На это свойство динамической перестройки мы возлагаем надежды, если мозг получил повреждения в результате инсульта. Первоначальный отек через некоторое время спадает, и тогда-то мозг всерьез берется за дело. Крупные кортикальные перестройки могут происходить в течение месяцев или лет, и утраченные функции в какой-то момент восстанавливаются. Подобные явления часто наблюдаются после утраты речи. У большинства людей речевой центр располагается в левом полушарии, и после левостороннего инсульта пациент утрачивает способность выговаривать или понимать слова. Однако через какое-то время речевая функция начинает восстанавливаться — не потому, что необратимо поврежденная мозговая ткань в левом полушарии исцеляется сама собой, а потому, что эта работа передается правому полушарию. Как следует из одного отчета, у двоих пациентов после инсульта левого полушария нарушилась функция речи, но потом частично восстановилась. Однако позже обоих поразил инсульт правого полушария (вот невезение!), после которого восстановившаяся было функция речи ухудшилась, и это подтверждает, что данная функция была передана из пораженного левого полушария в тогда еще здоровое правое6.

Таким образом, мы видим, что карты мозга растягиваются, ужимаются и перемещают свои функции. Но откуда они знают, как это сделать? Для ответа нам придется еще немного приблизить нейронные чащобы.

Я вырос в городе Альбукерке. Как и в любом другом городе, там жили и работали врачи, адвокаты, учителя и инженеры — и, кроме того, как всем известно из телесериала «Во все тяжкие», обретались у нас и наркоторговцы. Подрастая, я все больше дивился, как эти нехорошие люди умудряются распределять между собой территорию города. В конце концов, не только в бедных кварталах они промышляли (хотя полицейский контроль там был строже всего); напротив, торговцы дурью пролезли во все городские углы и закоулки, причем у каждого «на балансе» имелись свои несколько кварталов, куда остальные не совались.