June 24th, 2015 , 01:12 am
В 1940-1950-х годах канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд вместе с коллегами проводил эксперименты на пациентах с эпилепсией, стимулируя их мозги электричеством, чтобы понять, какие участки двигательной коры отвечают за движение тех или иных мышц тела. Результаты он представил в виде «моторного гомункулуса», натянутого на срез одного из полушарий мозга умелой рукой маньяка-расчленителя. Туловище жертвы небрежно накинуто на верхнюю часть мозга, распухшая кисть нависает над истошно кричащей головой, а под ее нижней челюстью судорожно дергается оторванный язык.
Моторный гомункулус
Контроль шейных мышц, судя по несчастному гомункулусу, происходит где-то между участками, которые управляют пальцами и ликом (черная стрелка). Однако это не совсем так, судя по новым данным, полученным нейробиологами из Университета Эмори (США). С помощью современных методов функциональной магнитно-резонансной томографии они показали, что участок, контролирующий движения шеи, на самом деле располагается между туловищной и плечевой зонами (красная стрелка). Такая локация не только больше соответствует реальному размещению шеи на теле человека, но и «сенсорному гомункулусу», который описывает расположение участков мозга, обрабатывающих прикосновения к разным частям тела.
Соматосенсорный гомункулус
Чтобы получить аккуратные данные в МРТ-исследовании, участник должен держать голову неподвижно, поэтому ученые закрепляли ее ремешками. Затем просили испытуемого пытаться поворачивать голову влево-вправо - суставы при этом не двигаются, но шейные мышцы напрягаются, и на мониторе можно увидеть, где в коре мозга происходит возбуждение.
Полученные результаты ценны не только радостью гомункулуса по поводу уточнения его нейроанатомии, но и тем, что их можно использовать в дальнейшем при изучении двигательных расстройств, затрагивающих шею, включая тремор головы и шейную дистонию (кривошею).
3. Ядро обонятельного анализатора помещается в филогенетически древней части коры мозга, в пределах основания обонятельного мозга - uncus, отчасти гиппокампа (поле 11).
4. Ядро вкусового анализатора , по одним данным, находится в нижней части постцентральной извилины, близко к центрам мышц рта и языка, по другим - в uncus, в ближайшем соседстве с корковым концом обонятельного анализатора, чем объясняется тесная связь обонятельных и вкусовых ощущений. Установлено, что расстройство вкуса наступает при поражении поля 43.
Анализаторы обоняния, вкуса и слуха каждого полушария связаны с рецепторами соответствующих органов обеих сторон тела.
5. Ядро кожного анализатора (осязательная, болевая и температурная чувствительность) находится в постцентральной извилине (поля 1, 2, 3) и в коре верхней теменной области (поля 5 и 7). При этом тело спроецировано в постцентральной извилине вверх ногами, так что в верхней ее части расположена проекция рецепторов нижних конечностей, а в нижней - проекция рецепторов головы. Так как у животных рецепторы общей чувствительности особенно развиты на головном конце тела, в области рта, играющего огромную роль при захватывании пищи, то и у человека сохранилось сильное развитие рецепторов рта.
В связи с этим область последних занимает в коре постцентральной извилины непомерно большую зону . Вместе с тем у человека в связи с развитием руки как органа труда резко увеличились рецепторы осязания в коже кисти, которая стала и органом осязания. Соответственно этому участки коры, соответствующие рецепторам верхней конечности, много больше таковых нижней конечности. Поэтому, если в постцентральную извилину врисовать фигуру человека головой вниз (к основанию черепа) и стопами вверх (к верхнему краю полушария), то надо нарисовать громадное лицо с несообразно большим ртом, большую руку, особенно кисть с большим пальцем, резко превосходящим остальные, небольшое туловище и маленькую ножку. Каждая постцентральная извилина связана с противоположной частью тела вследствие перекреста чувствительных проводников в спинном и частью в продолговатом мозге.
«Анализатор есть сложный нервный механизм, начинающийся наружным воспринимающим аппаратом и кончающийся в мозгу» (И. П. Павлов). С точки зрения И. П. Павлова , мозговой центр , или корковый конец анализатора, имеет не строго очерченные границы, а состоит из ядерной и рассеянной частей - теория ядра и рассеянных элементов . «Ядро» представляет подробную и точную проекцию в коре всех элементов периферического рецептора и является необходимым для осуществления высшего анализа и синтеза. «Рассеянные элементы» находятся по периферии ядра и могут быть разбросаны далеко от него; в них осуществляются более простой и элементарный анализ и синтез. При поражении ядерной части рассеянные элементы могут до известной степени компенсировать выпавшую функцию ядра , что имеет огромное клиническое значение для восстановления данной функции.
До И. П. Павлова в коре различались двигательная зона, или двигательные центры , предцентральная извилина, и чувствительная зона , или чувствительные центры , расположенные позади sulcus centralis . И. П. Павлов показал, что так называемая двигательная зона, соответствующая предцентральной извилине , есть, как и другие зоны мозговой коры, воспринимающая область (корковый конец двигательного анализатора). «Моторная область есть рецепторная область. Этим устанавливается единство всей коры полушарий» (И. П. Павлов).
Мозг человека - уникальное вещество в природе: можно сказать, что он находится на границе материального и духовного. Принципы его работы таят ещё много загадок, но именно здесь осуществляется обработка сенсорной информации, поступающей от органов чувств, и рождение мысли.
Мозг состоит из сотен миллиардов нервных клеток, или нейронов, каждый из которых совершает от одного до десяти тысяч контактов. Эти точки контакта нейронов называются синапсами, через синапсы информация от одного нейрона передается другим. Фото (Creative Commons license): Robert Cudmore
Ощущения, которые мы испытываем посредством органов чувств, - это наш важнейший источник информации о внешнем мире и собственном теле. Любые ограничения этого потока - для человека тяжкое испытание. Ведь даже если слух и зрение в порядке, но их обладатель сидит в глухом темном карцере, первейший источник страдания в том, что для этих чувств практически нет объекта приложения, вся жизнь - где-то там, за стенами. У детей, из-за глухоты и слепоты с раннего детства ограниченных в получении информации, происходят задержки психического развития. Если с ними не заниматься в раннем возрасте и не обучать специальным приёмам, компенсирующим эти дефекты за счёт осязания, их психическое развитие станет невозможным.
Ощущения, возникающие как реакция нервной системы на раздражитель, обеспечиваются деятельностью специальных нервных аппаратов - анализаторов. Каждый состоит из трёх частей: периферического отдела, называемого рецептором; афферентных, или чувствительных, нервов, проводящих возбуждение в нервные центры; и собственно нервных центров - отделов мозга, в которых и происходит переработка нервных импульсов.
Однако не всегда ощущения человека дают ему верное представление об окружающей его действительности, существуют, так сказать, «ложные» сенсорные феномены, искажающие исходные раздражения или возникающие при отсутствии какого бы то ни было раздражения вообще. Практикующие врачи на них часто не обращают внимание, квалифицируют как странность или аномалию. А исследователи, интересующиеся высшей нервной деятельностью, напротив, недавно стали проявлять к ним повышенное внимание: тщательное их изучение позволяет получить новые представления о функционировании мозга человека.
Профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego), директор Исследовательского центра высшей нервной деятельности (Center for Brain and Cognition) Вилейанур Рамачандран (Vilayanur S. Ramachandran) занимается исследованием неврологических нарушений, вызванных изменением в небольших отделах мозга пациентов. Он уделил особое внимание «ложным» сенсорным феноменам в своих Рейтовских лекциях (Reith Lectures) 2003 года, которые были собраны в книгу «Рождение разума» (The Emerging mind).
«Всё богатство нашей психической жизни - наши настроения, эмоции, мысли, драгоценные жизни, религиозные чувства и даже то, что каждый из нас считает своим собственным „я“ - всё это просто активность маленьких желеобразных крупинок в наших головах, в нашем мозгу», - пишет профессор.
Память о том, чего уже нет
Одно из таких «ложных» ощущений - это фантомные конечности (phantom limb). Фантомом называют внутренний образ или устойчивое воспоминание о части тела, обычно конечности, сохраняющееся у человека месяцами или даже годами после её потери. Фантомы были известны ещё в древности. Во время гражданской войны в США это явление подробно описал американский невролог Сайлас Митчелл (Silas Weir Mitchell, 1829–1914), именно он в 1871 году впервые и назвал такие ощущения фантомными конечностями.
Любопытную историю о фантомах приводит известный невролог и психолог Оливер Сакс (Oliver Sacks) в книге «Человек, который принял жену за шляпу»:
Одному моряку в результате несчастного случая отрезало указательный палец на правой руке. Все последующие сорок лет его мучил назойливый фантом этого пальца, так же вытянутого и напряженного, как во время самого происшествия. Всякий раз, поднося руку к лицу во время еды или чтобы почесать нос, моряк боялся выколоть себе глаз. Он отлично знал, что это физически невозможно, но ощущение было непреодолимо.
Моторный и сенсорный Гомункулус Пенфилда. На определённых участках мозга расположены «представительства» мышц гортани, рта, лица, руки, туловища, ноги. Что интересно, площадь участков коры вовсе не пропорциональна размеру частей тела.
Доктор Рамачандран работал с пациентом, которому ампутировали руку выше локтя. Когда учёный касался его левой щеки, пациент уверял его, что чувствует прикосновения к своей ампутированной руке - то к большому пальцу, то к мизинцу. Чтобы понять, почему же так происходило, следует вспомнить некоторые особенности нашего мозга.
Гомункулус Пенфилда
Кора головного мозга - это высокодифференцированный аппарат, строение различных её областей отличается. И нейроны, входящие в состав определённого отдела, часто оказываются настолько специфичными, что реагируют только на определённые раздражители.
Ещё в конце XIX века физиологи нашли в коре мозга собак и кошек зону, при электрической стимуляции которой наблюдалось непроизвольное сокращение мышц противоположной стороны тела. Удалось даже точно определить, какие именно участки мозга связаны с той или иной группой мышц. Позднее эту моторную зону мозга описали и у человека. Она находится спереди от центральной (роландовой) борозды.
Канадский невролог Уайлдер Грейвс Пенфилд (Wilder Graves Penfield, 1891–1976) нарисовал на этом месте забавного человечка - гомункулуса с огромным языком и губами, большими пальцами и маленькими руками, ногами и туловищем. Гомункулус есть и позади центральной борозды, только он не моторный, а сенсорный. Участки этой зоны коры мозга связаны с кожной чувствительностью различных частей тела. Позднее было найдено ещё одно полное двигательное «представительство» тела меньшего размера, отвечающее за поддержание позы и некоторые другие сложные медленные движения.
Тактильные сигналы от поверхности кожи левой стороны туловища человека проецируются в правом полушарии мозга, на вертикальном участке корковой ткани, которая называется постцентральной извилиной (gyrus postcentralis). А проекция лица на карте поверхности мозга находится сразу вслед за проекцией руки. По всей видимости, после операции, перенесённой пациентом Рамачандрана, та часть коры головного мозга, которая относится к ампутированной руке, перестав получать сигналы, стала испытывать голод по сенсорной информации. И сенсорные данные, идущие от кожи лица, стали заполнять примыкающую вакантную территорию. И теперь прикосновения к лицу ощущалось пациентом как прикосновение к утраченной руке. Магнитоэнцефалография подтвердила эту гипотезу учёного о преобразовании карты мозга - действительно, прикосновения к лицу пациента активировали не только область лица в мозгу, но и область руки в соответствии с картой Пенфилда. В обычной ситуации прикосновения к лицу активируют только лицевую область коры.
Позднее Рамачандран и его коллеги, изучая проблему фантомных конечностей, столкнулись с двумя пациентами, перенёсшими ампутацию ног. Оба получали ощущения фантомных конечностей от гениталий. Учёные предполагают, что некоторые незначительные «перекрёстные» соединения существуют даже в норме. Возможно, именно этим можно объяснить, почему ноги часто считают эрогенной зоной и воспринимаются некоторыми как фетиш.
Эти исследования позволили сделать очень важное предположение, что мозг взрослого человека обладает колоссальной податливостью и «пластичностью». Вероятно, утверждения, что связи в мозгу закладываются на эмбриональной стадии или в младенчестве и их невозможно изменить в зрелом возрасте, не соответствуют действительности. У учёных пока нет чёткого понимания, как именно использовать удивительную «пластичность» взрослого мозга, но некоторые попытки предпринимаются.
Сержант Никола Попор (Nicholas Paupore) испытывал боли в фантомной правой ноге, которую он потерял в Ираке. Решить проблему помогла «зеркальная терапия».
Так, некоторые пациенты доктора Рамачандрана жаловались, что их фантомные руки чувствовали «онемение», «парализованность». Об этом же писал в своей книге и Оливер Сакс. Часто у таких пациентов и до ампутации рука находилась в гипсе или была парализована, то есть пациент после ампутации оказался с парализованной фантомной рукой, его мозг «запомнил» это состояние. Тогда учёные попытались перехитрить мозг, пациент должен был получить зрительную обратную связь о том, что фантом подчиняется командам мозга. Сбоку от пациента было установлено зеркало, так что когда он смотрел на него, то видел отражение своей здоровой конечности, то есть он видел две работающие руки. Каково же было изумление участников и организаторов эксперимента, когда пациент не только увидел фантомную руку, но и почувствовал её движения. Этот опыт был повторён неоднократно, визуальная обратная связь действительно «оживляла» фантомы и избавляла от неприятных ощущений парализованности, мозг человека получал новую информацию - всё, мол, в порядке, рука двигается - и ощущение скованности исчезало.
Смешанные чувства, или Лурия и его Ш.
В романе Альфреда Бестера (Alfred Bester, 1913–1987) «Тигр! Тигр!» описано необычное состояние героя:
Цвет был болью, жаром, стужей, давлением, ощущением непереносимых высот и захватывающих дух глубин, колоссальных ускорений и убийственных сжатий… Запах был прикосновением. Раскалённый камень пах как ласкающий щёку бархат. Дым и пепел терпким шероховатым вельветом тёрли его кожу… Фойл не был слеп, не был глух, не лишился чувств. Он ощущал мир. Но ощущения проступали профильтрованные чрез нервную систему исковерканную, перепутанную и короткозамнутую. Фойл находился во власти синестезии, того редкого состояния, когда органы чувств воспринимают информацию от объективного мира и передают её в мозг, но там все ощущения путаются и перемешиваются друг с другом.
Синестезия - вовсе не выдумка Бестера, как можно было бы предположить. Это сенсорный феномен, при котором под влиянием раздражения одного анализатора возникают ощущения, характерные для других анализаторов, другими словами, это смешение чувств.
Известный нейрофизиолог Александр Романович Лурия (1902–1977) в течение нескольких лет работал с неким Ш., который обладал феноменальной памятью. В своей работе «Маленькая книжка о большой памяти» он подробно описал этот уникальный случай. В ходе бесед с ним Лурия установил, что Ш. обладал исключительной выраженностью синестезии. Этот человек воспринимал все голоса окрашенными, звуки вызывали у Ш. зрительные ощущения различных оттенков (от ярко-желтого до фиолетового), цвета же, наоборот, ощущались им как «звонкие» или «глухие».
«Какой у вас жёлтый и рассыпчатый голос», - сказал он как-то раз беседовавшему с ним Л.С. Выготскому. «А вот есть люди, которые разговаривают как-то многоголосо, которые отдают целой композицией, букетом, - говорил он позднее, - такой голос был у покойного С.М. Эйзенштейна, как будто какое-то пламя с жилками надвигалось на меня». «Для меня 2, 4, 6, 5 - не просто цифры. Они имеют форму. 1 - это острое число, независимо от его графического изображения, это что-то законченное, твердое… 5 - полная законченность в виде конуса, башни, фундаментальное, 6 - это первая за „5“, беловатая. 8 - невинное, голубовато-молочное, похожее на известь».
В психологии хорошо известны факты «окрашенного слуха», который встречается у многих людей, и особенно у музыкантов. Каждая нота заставляет их видеть определённый цвет. Иллюстрация: Олег Сендюрев / «Вокруг света» по фото am y (SXC license)
Лурия изучал этот уникальный случай годами и пришёл к выводу, что значение этих синестезий для процесса запоминания состояло в том, что синестезические компоненты создавали как бы фон каждого запоминания, неся дополнительно «избыточную» информацию и обеспечивая точность запоминания.
С любопытным видом синестезии столкнулись совсем недавно нейрофизиологи из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). Они обнаружили новую подобную связь: люди слышат звук, похожий на жужжание, при просмотре короткой заставки. Нейрофизиолог Мелисса Саенз (Melissa Saenz) проводила в своей лаборатории экскурсию для группы студентов старших курсов. Перед монитором, который был разработан специально для «включения» определённого центра зрительной коры головного мозга, один из студентов вдруг спросил: «Кто-нибудь слышит странный звук?». Молодой человек слышал нечто похожее на свист, хотя картинка не сопровождалась никакими звуковыми эффектами. Саенз не нашла ни одного описания подобного вида синестезии в литературе, но ещё больше удивилась, когда, опросив студентов института по электронной почте, обнаружила ещё троих таких же студентов.
Своими уникальными способностями заинтриговал нейропсихологов университета Цюриха (Universität Zürich) швейцарский музыкант: когда она слышит музыку, то ощущает разные вкусы. И что интересно, она ощущает различные вкусы в зависимости от интервалов между нотами. Созвучие может быть для неё сладковато-горьким, солёным, кислым или сливочным. «Она не воображает эти вкусы, а действительно испытывает их», - утверждает один из авторов исследования Микаэла Эсслен (Michaela Esslen). У девушки наблюдается и более распространённая форма синестезии - она видит цвета, когда слышит ноты. Например, нота «фа» заставляет её видеть фиолетовый, а «до» - красный. Учёные полагают, что экстраординарная синестезия, вероятно, способствовала музыкальной карьере девушки.
Короткое мозговое замыкание
Синестезия была впервые описана Фрэнсисом Гальтоном (Francis Galton, 1822–1911) ещё в XIX веке, однако в неврологии и психологии ей не уделяли особого внимания, и долгое время она оставалась просто курьёзом. С целью доказать, что это действительно сенсорный феномен, а вовсе не плод воображения человека, желающего привлечь к себе внимание, Рамачандран и его коллеги разработали тест. На экране компьютера появлялись чёрные двойки и расположенные в случайном порядке пятёрки. Не синестетику очень трудно вычленить очертания, которые образуют двойки. Синестетик же легко увидит, что цифры образуют треугольник, ведь он видит эти цифры цветными. Используя подобные тесты, Рамачандран и его коллеги обнаружили, что синестезия распространена намного больше, чем считалось раньше - этот феномен наблюдается примерно у одного из двухсот человек.
Рамачандран и его ученик Эдвард Хаббард (Edward Hubbard) изучали структуру в височной доле, которая называется веретенообразной извилиной (g. fusiformis, BNA). Эта извилина содержит область цвета V4 (Visual area V4), обрабатывающую цветовую информацию. Энцефалографические исследования показали, что область цифр в мозгу, представляющая зримые числа, располагается непосредственно за ней, практически касаясь области цвета. Напомним, что самым распространённым видом синестезии являются именно «цветные цифры». Области цифр и цвета находятся в непосредственной близости друг от друга, в одной и той же структуре мозга. Учёные предположили, что у синестетиков существуют пересечения областей, «перекрёстная активация», связанная с какими-то генетическими изменениями в мозгу. О том, что здесь задействованы гены, свидетельствует тот факт, что синестезия передаётся по наследству.
Самый распространённый вид синестезии - «цветные цифры». Одну и ту же картинку синестетик и не-синестетик видят по-разному. Иллюстрация: Edward Hubbard et al.
Дальнейшие изыскания доказали, что есть и такие синестетики, которые видят в цвете дни недели или месяцы. Понедельник может казаться им красным, декабрь - жёлтым. По всей видимости, у таких людей также происходит пересечение областей мозга, но только других его участков.
Что интересно, синестезия гораздо чаще встречается у творческих людей - художников, писателей, поэтов. Всех их объединяет способность к метафорическому мышлению, умение видеть связи между несхожими вещами. Рамачандран выдвигает предположение, что у людей, склонных к метафорическому мышлению, ген, вызывающий «перекрёстную активацию», имеет большую распространённость, не локализуется лишь в двух участках мозга, а создаёт «гиперсвязанность».
Фантомные конечности и синестезия - лишь два примера сенсорных феноменов, изучение которых позволило учёным продвинуться в понимании того, как устроен и как функционирует мозг человека. Но подобных неврологических синдромов очень много - это и «слепозрение», когда человек, ослепший в результате повреждения мозга, различает объекты, которые он не видит, и синдром Котара, при котором некоторые пациенты чувствуют себя мёртвым из-за того, что эмоциональные центры оказываются разъединёнными от всех ощущений, и синдром «игнорирования», и различные виды дизестезии, и многие другие. Изучение подобных отклонений помогает проникнуть в тайны работы человеческого мозга и разобраться с загадками нашего сознания.
У нас в голове живут два человечка: первый является проекцией наших чувств, а второй - проекцией наших движений. Они похожи как братья, но отличаются. У каждого свой дом - извилина коры больших полушарий головного мозга.
У нас в коре больших полушарий есть прецентральная и постцентральная извилины. Постцентральная извилина — это участок теменной доли головного мозга, где заканчиваются пути поверхностной и глубокой чувствительности, т.е. эти благодаря этим клеткам мы ощущаем касание, боль, давление, вибрацию и др. А прецентральная извилина — это участок лобной доли, в ней ней начинается пирамидный путь, который заканчиваясь на мотонейронах спинного мозга и двигательных ядрах черепномозговых нервов, то есть активность этих клеток обеспечивает сознательные движения.
Известный ученый Пенфилд использовал информацию, полученную в ходе сотен операций на мозге, для создания функциональных карт коры (поверхности) мозга. Он обобщил результаты картографии основных моторных и сенсорных областей коры и впервые точно нанёс на карту корковые области, касающиеся речи. С помощью метода электрической стимуляции отдельных участков мозга Пенфилдом было установлено точное представительство в коре головного мозга различных мышц и органов тела человека. Таким образом, этого человечка придумал канадский ученый Пенфилд, который таким наглядным образом изобразил мозг человека.
Схематично его изображают в виде «гомункулуса» (человечка), части тела которого пропорциональны зонам мозга, в которых они представлены. Пропорции этого человечка соответствуют представлению нашего тела в коре головного мозга. Около трети занимает кисть руки, еще треть — губы, язык, гортань, т.е. речевой аппарат, остальное тело непропорционально мало. Поэтому пальцы рук, губы и язык с большим числом нервных окончаний изображаются крупнее, чем туловище и ноги. Оказывается, фигура сенсорного (чувствительного) гомункулюса стоит в Британском музее вместе с моторным (двигательным).
Вот еще несколько интересностей:
1. Стимуляция (любая) кистей, лица приводит к возбуждению больших участков коры головного мозга. Поэтому эффективно делать тонизирующий массаж лица, умываться холодной водой, разминать точки на лице – это замечательно расслабляет и бодрит. Мой любимый способ взбодрится: растирание кончиками пальцев до ощущения яркого тепла крыльев носа, потом надбровных дуг, потом скул, потом перед и за ушной раковиной. Пять минут – и вы как новый.
2. Большое представительство речевого аппарата отражает важность речи в нашей эволюции. Поэтому активное возбуждение в коре может передаваться на моторную извилину и отражаться на нашей речи. Также для «борьбы» с человечком Пенфилда при заикании используют многочисленные тормозные методики, снижающие повышенный тонус речевого центра: от транквилизаторов, суггестии и гипноза до иглоукалывания, физио-, психотерапии. От замедления темпа речи через ритмизацию и напевность до продолжительного молчания. Все эти методики, придуманные врачами и логопедами, также подходят для лечения заикания.
3. Для интеллектуального развития и речи у детей важно развитие моторики кистей. Из гомункулюса следует, что две трети головного мозга заняты работой рук и речевого аппарата. И лишь маленькая треть отводится всему остальному телу. И этот чудак с большим ртом и огромными загребущими руками – это мы в истинном свете головного мозга.
4. Глядя на двигательного гомункулюса, сразу становится понятно, почему люди не замечают, когда сутулятся. Спина минимально представлена в сенсорном мозге, а в моторном еще меньше. Она по сути размером с язык, трудно его отследить.
5. Мы не воспринимаем наше тело, так как оно есть в реальности. И это может породить кучу проблем. Иллюзии сенсорной чувствительности могут быть источником проблем, например у анорексиков. Чувствительность подсказывает им, что они слишком толстые, и, хотя глаза говорят о другом, в работе двух систем восприятия происходит рассогласование. В большинстве ситуаций чувствительность «подстраховывают» зрение и осязание, потому что обычно мы видим собственные руки, ноги и туловище и параллельно понимаем, что к чему-то прикоснулись.
6. Карты мозга не являются неизменными и универсальными, а имеют разные границы и размеры у различных людей. Форма карт мозга меняется в зависимости от того, чем мы занимаемся на протяжении жизни. В 1960-е годы, когда Мерцених приступил к использованию микроэлектродов для изучения мозга, двое других ученых, тоже работавших в Институте Джонса Хопкинса под руководством Маунткастла, обнаружили, что у очень молодых животных мозг пластичен. Дэвид Хьюбел и Торстен Визел проводили микрокартирование зрительной зоны коры мозга с целью изучения процесса обработки визуальной информации. Они устанавливали микроэлектроды в зрительной зоне коры мозга котят и выяснили, что информация о линиях, ориентации и движениях визуально воспринимаемых объектов обрабатывается в разных частях коры. Они также открыли существование «критического периода» между третьей и восьмой неделями жизни, когда мозг новорожденных котят должен получать визуальную стимуляцию для нормального развития. В ходе одного из экспериментов Хьюбел и Визел зашили веко на одном глазу котенка на время периода раннего развития, чтобы этот глаз не получал визуальной стимуляции. Когда они освободили глаз котенка от швов, то обнаружили, что те зрительные области на карте мозга, которые обрабатывают информацию, поступающую от закрытого глаза, не получили никакого развития, в результате чего животное осталось слепым на этот глаз на всю жизнь. Стало очевидно, что есть некий критический период, когда мозг котят особенно пластичен, и его структура формируется под влиянием опыта.
Проанализировав карту мозга для слепого глаза, Хьюбел и Визел сделали еще одно неожиданное открытие, связанное с нейропластичностью. Та часть мозга, в которую не поступала информация от закрытого глаза, не бездействовала. Она начала обрабатывать визуальную информацию от открытого глаза, словно в мозгу не должны простаивать впустую никакие «корковые площади». То есть мозг опять нашел способ перестроить сам себя — что стало еще одним свидетельством его особой пластичности в критический период. За эту работу Хьюбел и Визел были удостоены Нобелевской премии. Однако, даже обнаружив существование пластичности мозга в раннем детском возрасте, исследователи не «переносили» эту пластичность на мозг
взрослого человека.Об этом будет отдельная статья))
)
Вместе с коллегами проводил эксперименты на пациентах с эпилепсией, стимулируя их мозги электричеством, чтобы понять, какие участки двигательной коры отвечают за движение тех или иных мышц тела. Результаты он представил в виде моторного гомункулуса , натянутого на срез одного из полушарий мозга умелой рукой маньяка-расчленителя. Туловище жертвы небрежно накинуто на верхнюю часть мозга, распухшая кисть нависает над истошно кричащей головой, а под ее нижней челюстью судорожно дергается оторванный язык.
Сенсорный гомункулус (слева) и моторный гомункулус (справа). Срезы через постцентральную и прецентральную извилины соответственно.
В 2015 году в моторного гомункулуса внесли небольшое изменение. Традиционно считалось, что контроль шейных мышц происходит где-то между участками, которые управляют пальцами и лицом (черная стрелка). Но нейробиологи из Университета Эмори (США) с помощью современных методов фМРТ показали , что участок, контролирующий движения шеи, на самом деле располагается между туловищной и плечевой зонами (красная стрелка). Такая локация не только больше соответствует реальному размещению шеи на теле человека, но и сенсорному гомункулусу , который описывает расположение участков мозга, обрабатывающих прикосновения к разным частям тела.
Как можно заметить, разные органы человека в сенсорной и моторной коре мозга представлены непропорционально. Так, сенсорная зона одного пальца может быть больше, чем у целого туловища. Это неудивительно: кончики пальцев гораздо чувствительнее, чем кожа спины или пуза, ведь мы не используем туловище для тонких манипуляций предметами или ощупывания. Двигать им приходится разве что для танцев или гимнастики, максимум, что требуется им ощущать, – ползание букашек или обольстительный поцелуй суккуба. А вот рука – один из ключевых органов человека, эволюционировавшего как трудолюб и рукодей.
У других же животных – свои нужды и адаптации, отражающие их эволюционные пути, а значит, и свои смешные сенсомоторные карты. Мыши, например, ведут ночной образ жизни и ищут пищу на земле, поэтому большую часть информации об окружающем мире получают от вибрисс. Каждая вибрисса окружена плотным скоплением нервных окончаний, которые отправляют информацию в мозг, в так называемые бочонки баррельной коры – группы нейронов, отвечающих за обработку сигналов от вибрисс. И любой из этих бочонков больше по размеру, чем, например, сенсорная зона всей задней лапки. Если расположить сенсорные зоны на соответствующих им участках тела мыши, соблюдя при этом их пропорции на коре, мы получим мышункулуса !
Данный мышункулус был разработан в 2013 году учеными из Института биологических исследований Солка (США) и Института биофизической химии Общества Макса Планка (Германия) в рамках исследования развития сенсорной карты у мыши и факторов, на него влияющих. Понимаете ли, мышункулус не сразу таким получается. В процессе эмбриогенеза и после рождения мышонка нейроны передают сигналы от разных органов в мозг, и это стимулирует рост новых нейронов и развитие связей между ними. Если мозг не будет получать сигналов от какой-либо части тела (например, из-за порока развития, приведшего к потере конечности, или повреждения нервной ткани), то сенсорная карта не выстроится нормальной.
Также на ее формирование влияют гены, выяснили исследователи. При отключении гена Pax6 в сенсорной коре мозга эмбриона мышата родились здоровыми и нормально реагировали на раздражители, но бочонки мышункулуса оказались недоразвитыми, порой на 80% меньше нормы, а иные и вовсе не развились (мышункулус справа). Кроме того, сказалось это и на таламусе – области мозга, отвечающей за перераспределение сигналов от органов чувств: там наблюдалось сокращение или отсутствие участков, принимающих сигналы от бочонков. И здесь авторы указывают на возможную связь подобных нарушений с аутизмом.
В одном исследовании у людей с аутизмом была выявлена аномальная активность генов, участвующих в разграничении различных зон коры мозга. Это может объяснить увеличение передней части их коры по сравнению с обычными людьми. Задняя кора при этом меньше – а ведь именно там располагается постцентральная извилина, которая служит представительством сенсорной карты и резиденцией сенсорного гомункулуса! Под прессом передней коры сенсорный гомункулус аутиста оказывается малость ущербным, таламус также недоразвивается , и это, возможно, является причиной тех проблем, которые он испытывает при обработке сенсорной информации. Если гипотеза верна, то можно попытаться вылечить аутизм тренировками его дрыщеватого гомункулуса. Но прежде необходимо отработать методику на мышункулусах.
Крот, голый землекоп, звездорыл и их «зверункулусы» из книги Карла Циммера The Tangled Bank. Кроты используют лапы для копания, в темноте полагаются на вибриссы и чувствительную кожу носа. Голый землекоп предпочитает копать не лапами, а резцами. А у звездорыла – звездное рыло.
Текст: Виктор Ковылин. По материалам:
