Стивен Косслин - Два игрока на одном поле мозга

Следует провести еще одно нейроанатомическое различие. Лобные доли сами по себе можно разделить на верхние и нижние части сообразно тому, как они соединены с теменными и височными долями. Таким образом, кора больших полушарий аккуратно разделяется на верхнюю и нижнюю половинки.

Верхняя и нижняя части коры выполняют очень разные функции. Этот факт впервые был обнаружен и описан в 1982 году в контексте зрительного восприятия в знаменательном совместном докладе сотрудника Национального института психического здоровья Лесли Г. Ангерлейдера и обладателя Национальной медали за вклад в науку Мортимера Мишкина. Это выдающееся исследование, проведенное на макаках-резусах, прошло незамеченным для популярной культуры. Отметим, что мозг этих обезьян обрабатывает зрительную информацию во многом так же, как мозг человека.

Пожалуй, стоит сделать паузу и рассмотреть некоторые детали исследования, проведенного Мишкиным и Ангерлейдером, поскольку оно представляет отправную точку для рассмотрения различий в функциях систем верхнего и нижнего отделов мозга. Ученые обучали обезьян выполнять два задания. В первом задании обезьяны должны были научиться распознавать, в сосуде какой из двух форм спрятано немного еды. Сосуды представляли собой трехмерные объекты (например, полосатый призматический блок), в которых были спрятаны небольшие чашки. В одной из чашек находилось лакомство. Каждый раз объекты произвольно перемешивали, но еда была спрятана всегда в форме одной и той же конфигурации, поэтому животным необходимо было научиться распознавать ее, чтобы найти пищу.

Во втором задании оба объекта представляли собой идентичные серые плакаты; в обоих плакатах были спрятаны маленькие чашки, в одной из них находилась пища. Рядом с плакатом, за которым была спрятана еда, располагался небольшой цилиндр. Каждый раз местоположение цилиндра случайным образом меняли так, чтобы он был ближе к одному из плакатов — но еда всегда была под тем плакатом, рядом с которым лежал цилиндр. Обезьянам необходимо было научиться узнавать, какой плакат ближе к цилиндру, чтобы найти еду.

Иначе говоря, одна задача требовала умения распознавать форму, а другая — умения распознавать относительное местоположение объектов.

После того как каждое из животных научалось справляться с этими двумя заданиями, часть их мозга удаляли хирургическим путем. У одних животных удаляли часть нижней коры (нижнюю часть височной доли), а у других — участок верхней коры (заднюю часть теменной доли). Результаты этих операций были поразительными. Обезьяны, у которых удалили часть нижнего мозга, не могли выполнить задание, связанное с распознаванием формы (и их нельзя было научить этому), но они по-прежнему хорошо справлялись с заданием на определение местоположения. У тех животных, которым удалили часть верхних отделов мозга, наблюдались прямо противоположные трудности: они не были способны распознать местоположение, но прекрасно распознавали форму.

Многие последующие исследования с использованием нейровизуализации активности мозга, проводившиеся на людях, выполнявших аналогичные задания, привели к аналогичному выводу: височные доли (нижний мозг) играют ключевую роль в зрительном распознавании — понимании того, что мы видели данный объект раньше, что он знаком нам (я знаю эту кошку); в то время как теменные доли (верхний мозг) играют ключевую роль в оценке пространственных отношений (например: этот объект находится слева от того).

Теория когнитивных режимов базируется на организации мозга в виде двух «этажей» — верхнего и нижнего.

Эти процессы начинаются в относительной близости от тех областей, куда нейронные связи доставляют информацию от глаз и ушей, но обработка тем не заканчивается. Информация об объекте и его расположении передается в другие области мозга, которые по-своему обрабатывают ее. Исследователи показали, что верхний и нижний отделы мозга играют неодинаковые роли в таких разнообразных функциях, как память, внимание, принятие решений, планирование и эмоции.

Например, Фрейзер Уилсон, Сеамас Скаладе и Патрисия Голдман-Ракич, работающие в Йельском университете, сообщили о результатах своих новаторских исследований в 1993 году в журнале Science. Как Мишкин и Ангерлейдер, они обучали обезьян выполнять задания, но вместо удаления части их мозга эти исследователи помещали в него микроэлектроды. Это позволяло контролировать активность отдельных нейронов, в то время как обезьяна пытается ненадолго удержать в памяти местоположение на экране объектов разных форм и принять относительно них некоторое решение. Решения о местоположении объектов были всегда связаны с активностью нейронов в верхнем мозге (в частности, в верхней части лобных долей), а решения относительно самих объектов сопровождались активацией нейронов в нижнем мозге (в нижней части лобных долей).

На рисунке ниже отражены результаты экспериментов, проведенных как на обезьянах, так и на людях, которые показали, что нервные пути, ведущие от затылочной доли, не останавливаются в теменной или височной доле, а идут к верхней и нижней частям лобной доли соответственно.

. [3] Адаптировано no F. A. Wilson, S. P. Scalaidhe and P. S. Goldman-Rakic. Dissociation of Object and Spatial Processing Domains in Primate PreFrontal Cortex // Science 260 (June 1993). P. 1955-1958. .

Кроме этого — и это особенно важно для защищаемой нами теории, — обсуждаемые исследования показали, что системы верхнего и нижнего мозга имеют свою специфическую внутреннюю организацию, что позволяет составляющим их зонам быстрее взаимодействовать и работать вместе.

Не забывая о системах, давайте для начала вкратце рассмотрим функции четырех долей коры мозга и их взаимодействие в рамках нижней и верхней систем. Углубимся же мы в этот вопрос позже, описывая научный фундамент нашей теории.

Затылочные доли (часть нижнего мозга) занимаются исключительно обработкой поступающей от глаз зрительной информации, а ключевые части височных долей (тоже отнесенные к нижнему мозгу) обрабатывают слуховую информацию. Эти отделы коры организуют сигналы, несущие информацию от органов чувств, отфильтровывают шум от сигналов, а затем передают эти сигналы дальше в мозг.

Как показали Ангерлейдер и Мишкин, а кроме них и множество других исследователей, некоторые части височных долей связаны с памятью на формы и звуки. Таким образом, сигналы, поступающие от глаз и ушей, в конечном счете получают доступ к соответствующим представлениям об объектах, как ключ к замку. Эта информация от глаз и ушей, кроме того, передается в нижние части лобных долей, которые с помощью многочисленных нейронных связей тесно взаимодействуют с височными и затылочными долями. Нижние части лобных долей обрабатывают эмоциональные воспоминания.