Мой инсульт был мне наукой. История собственной болезни, рассказанная нейробиологом

Глава 2 Просто о науке

Чтобы любые два человека могли общаться друг с другом, у них должна быть общей хотя бы часть реальности, в которой они живут. То есть их нервные системы должны обладать почти одинаковыми способностями к тому, чтобы воспринимать поступающую извне информацию, обрабатывать и суммировать ее в головном мозге, а затем сходным образом реагировать на нее, например, мыслями, словами или делами.

Возникновение жизни было поистине удивительным событием. С появлением одноклеточных организмов началась новая эра обработки информации на молекулярном уровне. Теперь путем манипуляций с атомами и молекулами, позволяющими синтезировать разные последовательности ДНК и РНК, информацию можно было вводить, кодировать и сохранять для последующего использования.

Мгновения времени перестали пролетать бесследно, а клеточная жизнь эволюционировала, сплетая непрерывный ряд мгновений в единую нить подобно мосту сквозь время. Прошло не так уж много времени, и клетки открыли способы держаться и работать вместе, в результате чего в итоге и возникли мы с вами.

Словарь английского языка American Heritage Dictionary определяет слово «эволюционировать» (evolve) в биологическом смысле как «развиваться путем эволюционных процессов из примитивных в более высокоорганизованные формы»[6]. Образованный ДНК молекулярный мозг Земли ― это мощная и успешная генетическая программа не только потому, что приспосабливается к постоянным переменам, но и потому, что ожидает появления возможностей, которые позволяют ей преображаться и становиться еще великолепнее, отслеживает их появление и пользуется ими. Наверное, небезынтересно и то, что генетический код составлен у людей ровно из тех же четырех нуклеотидов (сложных молекул), что и у всех других форм жизни, населяющих нашу планету. На уровне ДНК проявляется наше родство с птицами, рептилиями, амфибиями, другими млекопитающими и даже с растениями. С чисто биологической точки зрения мы, люди, представляем собой своеобразную видоспецифическую мутацию генетического потенциала Земли.

Как бы нам ни хотелось думать, что человек как форма жизни достиг биологического совершенства, даже несмотря на наше сложнейшее устройство, запись, которую образует наш генетический код, неокончательна и несовершенна. Человеческий мозг существует в состоянии непрерывных изменений. Даже мозги наших предков, живших две или четыре тысячи лет назад, не были идентичны мозгу современного человека. Например, развитие языка изменило и анатомическую структуру мозга, и сети, образуемые его клетками.

Клетки большинства типов у нас в организме умирают и заменяются новыми каждые несколько недель или месяцев. Однако нейроны, главные клетки нервной системы, после нашего появления на свет в основном уже не размножаются. Это значит, что большинство нейронов у нас в голове ― наши ровесники. Такой долговечности нейронов мы отчасти и обязаны тем, что в возрасте десяти лет воспринимаем себя примерно так же, как в возрасте 30 или 77. Клетки у нас в мозгу остаются теми же, но их связи со временем меняются в зависимости от их ― и нашего ― опыта.

Нервная система человека на удивление динамична и составлена примерно из триллиона клеток. Чтобы оценить, какое громадное число триллион, представьте себе следующее: на нашей планете живут приблизительно 6 млрд человек, но их число надо было бы умножить на 166, чтобы оно сравнилось с числом клеток, которые в совокупности образуют всего одну нервную систему!

Разумеется, наш организм ― это отнюдь не только нервная система. Тело среднего взрослого человека состоит примерно из 50 трлн клеток. А это в 8333 раза больше, чем 6 млрд ― число людей на планете! Поразительно, что все это огромное скопление клеток костной, мышечной и соединительной тканей, чувствительных и многих других клеток пытается работать сообща, обеспечивая крепкое здоровье организма.

Биологическая эволюция в целом работает в направлении перехода от состояния меньшей сложности к состоянию большей сложности. Природа обеспечивает эффективность собственной работы за счет того, что не изобретает велосипед всякий раз, когда создает еще один вид. Обычно, установив записанную с помощью генетического кода последовательность, способствующую выживанию организма, ― например, дающую цветок, выделяющий нектар, или сердце, перекачивающее кровь, или потовые железы, помогающие регулировать температуру тела, или глаз, позволяющий видеть, ― природа склонна встраивать ее как элемент в последующие переделки той же программы. Благодаря добавлению программ нового уровня к хорошо отработанным наборам инструкций каждый новый вид содержит надежный фундамент из проверенных временем последовательностей ДНК. В этом состоит один из простейших способов, позволяющих природе передавать опыт и мудрость древних форм жизни их потомкам.

Другое достоинство этой стратегии генной инженерии («надстраивай то, что уже работает»): даже очень небольшие манипуляции с генетическими последовательностями могут приводить к важным эволюционным преобразованиям. Что касается нашего генетического облика, то, хотите верьте, хотите нет, согласно научным данным, 99,4 % всех наших последовательностей ДНК совпадают с таковыми шимпанзе[7].

Это, разумеется, не означает, что мы напрямую произошли от наших лазающих по деревьям друзей. Но это подчеркивает, что гений нашего молекулярного кода опирается на фундамент, построенный не за одну эру мощнейших эволюционных усилий природы. Наш человеческий код, по крайней мере во всей его полноте, не порождение случайности, его правильнее трактовать как плод эволюционных поисков природы в ее непрерывном стремлении к созданию генетически совершенного организма.

У нас как у представителей одного и того же человеческого вида полностью совпадают все генетические последовательности, за исключением каких-нибудь 0,01 % (то есть одной сотой доли процента). Так что в биологическом плане как особи одного вида мы почти (на 99,99 %) идентичны друг другу на генетическом уровне. Если посмотреть на свойственное человечеству разнообразие, станет ясно, что этими 0,01 % определяются существенные различия в наших облике, мыслях и поведении.

От всех прочих млекопитающих нас отличает одна из частей головного мозга ― складчатая и извилистая кора, покрывающая его снаружи. Хотя подобная кора имеется и у других млекопитающих, у человека она примерно вдвое толще и, как считается, примерно вдвое мощнее в функциональном плане. Кора нашего мозга разделена на два больших полушария, функционально дополняющих друг друга. (Примечание. На всех иллюстрациях в этой книге лицевая сторона мозга обращена влево.)

Эти два полушария общаются друг с другом через широкую магистраль для обмена информацией ― мозолистое тело. Хотя каждое из полушарий отличается собственным специфическим набором разновидностей обрабатываемой информации, когда оба полушария связаны друг с другом, они работают вместе, формируя для нас единую, цельную картину мира.

Что касается замысловатой анатомии тончайших микросхем коры нашего мозга, изменчивость для нее скорее правило, нежели исключение. Этой изменчивостью отчасти и определяются наши индивидуальные предпочтения и личные особенности. Однако топографическая (или макроскопическая) анатомия мозга постоянна, на вид ваш мозг мало чем отличается от моего. Выпуклости (извилины) и углубления (борозды) коры головного мозга особым образом организованы так, что наши мозги почти идентичны по внешнему виду, строению и функциям. Например, в коре каждого из полушарий имеются верхняя височная извилина, пре- и постцентральная извилины, верхняя теменная извилина и боковая затылочная извилина, а также много других. Каждая из этих извилин состоит из весьма специфических групп клеток, обладающих не менее специфическими связями и функциями.

Например, клетки постцентральной извилины дают способность осознанно ощущать действие раздражителей на органы чувств, а клетки прецентральной извилины управляют способностью совершать произвольные движения. Главные проводящие пути передачи информации между различными группами клеток коры (нейронные тракты), имеющиеся в коре каждого из двух полушарий, у всех нас также единообразны, в результате чего мы в целом способны мыслить и чувствовать сходным образом.

Определенной схеме соответствует также расположение кровеносных сосудов, поставляющих питательные вещества в полушария нашего мозга. Передняя, средняя и задняя мозговые артерии снабжают каждое из двух полушарий кровью. Повреждение любой конкретной ветви одной из этих главных артерий может привести к развитию предсказуемых симптомов ― сильному нарушению или полной утрате нашей способности осуществлять определенные когнитивные функции. (При этом, естественно, повреждения соответствующих сосудов левого и правого полушария могут приводить к разным последствиям.) На приведенном ниже рисунке показана область левого полушария, за кровоснабжение которой отвечает средняя мозговая артерия. В пределах этой области у меня и произошел инсульт. Повреждение любой из ветвей первого порядка средней мозговой артерии приводит к сравнительно предсказуемым симптомам независимо от того, с кем это случается.

Наружные слои коры, которые мы видим, когда смотрим на мозг, полны нейронов, и они, судя по всему, уникальны для человека. Эти совсем недавно надстроенные нейроны создают нейронные сети, дающие нам способность мыслить последовательно, например при использовании сложного языка, а также оперировать абстрактными, символическими категориями, скажем, решая математические задачи. Более глубокий слой коры мозга состоит из клеток лимбической системы. Такие клетки есть не только у нас, но и у других млекопитающих.

Функция лимбической системы состоит в том, чтобы придавать информации, поступающей от органов чувств, аффект или эмоциональную окраску. В связи с тем что структуры этой системы есть не только у нас, но и у многих других живых существ, лимбическую систему нередко называют рептильным мозгом. Называют ее также и эмоциональным мозгом. Клетки этой системы определенным образом связываются друг с другом еще в младенчестве в ответ на действие раздражителей на органы чувств. Интересно, что, хотя наша лимбическая система функционирует на протяжении всей жизни, она не созревает с возрастом. В результате мы и в зрелые годы сохраняем способность реагировать на нажатие наших эмоциональных «рычагов» примерно так же, как реагировали в двухлетнем возрасте.

По мере созревания клеток высших отделов коры и их встраивания в сложные нейронные сети с другими клетками мы учимся «фотографически» воспринимать текущий момент. У нас вырабатывается способность сопоставлять новую информацию из мыслящего отдела нашего сознания с автоматическими реакциями лимбической системы, переоценивать текущую ситуацию и преднамеренно выбирать более зрелый вариант ответных действий.

Наверное, интересно также отметить, что все методики «обучения на основе принципов работы мозга», используемые сегодня как в начальной, так и в средней школе, строятся на знаниях нейробиологов о работе лимбической системы. Внедряя эти методики, мы пытаемся создать в школах среду, в которой дети будут чувствовать себя в полной безопасности, как дома. Цель этих нововведений состоит в том, чтобы в такой среде в мозгу ребенка (в его миндалевидном теле) не запускалась реакция страха или гнева. Основная функция миндалевидного тела состоит в том, чтобы следить за всеми сигналами, поступающими от органов чувств, и определять уровень безопасности. Одна из функций поясной извилины в свою очередь состоит в том, чтобы фокусировать внимание мозга.

Когда входящие сигналы воспринимаются как знакомые, миндалевидное тело остается в покое, и соседний с ним гиппокамп способен к обучению и запоминанию новой информации. Однако стоит миндалевидному телу запустить реакцию страха или гнева, вызванную незнакомыми сигналами, которые могут свидетельствовать об опасности, как уровень тревоги в. мозгу повышается, и внимание оказывается сосредоточено на сиюминутной ситуации. В этом случае внимание переносится с гиппокампа и фокусируется на поведении, обеспечивающем самосохранение в текущих условиях.

Информация от органов чувств поступает в наш мозг и сразу же обрабатывается лимбической системой. К тому времени как она достигает коры, где осуществляются высшие мыслительные функции, мозг уже накладывает определенное «ощущение» на восприятие текущей ситуации ― больно это или приятно? Хотя многим из нас мы представляемся мыслящими существами, способными чувствовать, в биологическом плане мы чувствующие существа, способные мыслить.

Поскольку термин «ощущение» используется в широком смысле, мне хотелось бы уточнить, где именно у нас в мозгу возникают разные явления, называемые этим термином. Во-первых, когда мы испытываем ощущение грусти, радости, гнева, разочарования или возбуждения, это эмоции, генерируемые клетками лимбической системы. Во-вторых, когда мы ощущаем то, что ощупываем руками, мы испытываем осязательные или мышечные чувства, связанные с движениями наших пальцев. Эта разновидность ощущений обеспечивается осязательной системой, в работе которой задействована постцентральная извилина коры. Наконец, когда кто-то противопоставляет свои интуитивные ощущения того или иного предмета (то есть то, что он или она «чует нутром») своим мыслям о нем, такое интуитивное осознание представляет собой одну из высших когнитивных функций, в основе которой лежит работа правого полушария. (В третьей главе мы подробнее обсудим функциональные различия между правым и левым полушариями.)

Способность обрабатывать данные об окружающем мире у нас, устройств по обработке информации, начинается на уровне чувственного восприятия. Хотя большинство из нас редко осознают это, наши чувствительные рецепторы устроены так, чтобы регистрировать информацию на энергетическом уровне. Поскольку все вокруг нас ― даже воздух, которым мы дышим, даже кирпичи, из которых построены наши дома, ― состоит из вертящихся и вибрирующих атомных частиц, мы буквально плаваем в бурном море электромагнитных полей. Мы составляем его часть. Мы погружены в него и с помощью своих органов чувств ощущаем то, что есть.

Любая из наших чувствительных систем состоит из сложного каскада нейронов, обрабатывающих зашифрованные специальным нервным кодом сигналы, поступающие от рецепторов в определенные участки мозга. Каждая группа клеток, входящих в этот каскад, изменяет или усиливает полученный сигнал и передает его следующей группе клеток той же системы, которая осуществляет очередной этап подправки и отправки полученной информации. К тому времени, когда этот закодированный сигнал достигает наружной части мозга (высших отделов коры), мы осознаем характер действия раздражителя. Однако, если любая из клеток проводящего пути не сможет нормально функционировать, итоговое восприятие будет отклоняться от реальности.

Наше поле зрения (все, что мы видим, глядя на окружающий мир) разделено на миллиарды крошечных точек, или пикселей. Каждый такой пиксель заполнен вибрирующими атомами и молекулами. Клетки сетчатки, расположенные в глубине наших глаз, регистрируют движение этих частиц. Атомы, вибрирующие с разной частотой, испускают энергию с разной длиной волны, и информация об этом в итоге интерпретируется зрительной корой в затылочной доле нашего мозга как разные цвета. Зрительный образ строится благодаря способности нашего мозга расфасовывать группы пикселей, формируя определенные границы. Разные границы с разной ориентацией (вертикальной, горизонтальной и наклонной) соединяются, создавая сложные образы. Соответствующие группы клеток нашего мозга добавляют к тому, что мы видим, ощущения глубины, цвета и движения. Яркий пример функционального расстройства, которое может произойти, если нормальный каскад, по которому передается чувствительная информация, окажется нарушен, дает дислексия, при которой человек во время чтения воспринимает некоторые буквы не в том порядке.

Наш слух, как и зрение, тоже зависит от регистрации энергии, распространяющейся с разной длиной волны. Звук возникает в результате того, что атомные частицы сталкиваются друг с другом и в некотором порядке передают в пространстве энергию своих столкновений. Волны определенной длины, создаваемые такими соударениями, бьются в барабанные перепонки в ушах. Звук разной длины волны вызывает разные колебания барабанной перепонки. Подобно клеткам сетчатки волосковые клетки кортиева органа в глубине нашего уха переводят эти колебания на язык специального нервного кода. Закодированный сигнал в итоге достигает слуховой коры (в височных долях мозга), и мы слышим звук.

Наиболее явные способности воспринимать атомно-молекулярную информацию связаны с химическими чувствами обоняния и вкуса. Хотя наши обонятельные и вкусовые рецепторы чувствительны даже к отдельным электромагнитным частицам, проносящимся по носовой полости или попадающим на вкусовые сосочки, для каждого из нас характерны свои пороговые уровни, начиная с которых мы чувствуем тот или иной вкус или запах. Каждая из этих сенсорных систем в свою очередь состоит из сложного каскада клеток, и повреждение любой части такой системы может приводить к нарушениям восприятия.

Наконец, кожа, самый большой наш орган чувств, вся пронизана строго специализированными чувствительными рецепторами, предназначенными для восприятия давления, вибрации, легких прикосновений, боли или температуры. Каждый из этих рецепторов специализируется на какой-то одной разновидности раздражителей, так что рецепторы холода могут воспринимать только действие холода, а рецепторы вибрации могут регистрировать лишь вибрации. В связи с этой специализацией наша кожа представляет собой кропотливо распланированную чувствительную поверхность, пронизанную рецепторами.

Врожденные различия каждого из нас, касающиеся степеней чувствительности к разным типам раздражителей, играют немалую роль в особенностях нашего восприятия окружающего мира. Если нам трудно расслышать, о чем говорят другие, мы можем воспринимать лишь фрагменты разговоров, и нам приходится принимать решения, руководствуясь минимумом информации. Если у нас проблемы со зрением, мы замечаем меньше деталей, и это тоже сказывается на нашем взаимодействии с окружающим миром. Если у нас нарушено обоняние, это мешает нам отличать безопасную среду от угрожающей здоровью, и это делает нас уязвимее. С другой стороны, если мы, напротив, чрезмерно чувствительны к тем или иным раздражителям, это может приводить к избеганию взаимодействия с окружающей средой, что лишит нас некоторых простых радостей жизни.

Патологии и заболевания нервной системы млекопитающих обычно затрагивают именно ту мозговую ткань, особенности строения и работы которой отличают данный вид от других. Поэтому и в нервной системе человека именно наружные слои коры головного мозга особенно часто подвержены заболеваниям. Инсульт составляет главную причину инвалидности и третью по значимости причину смерти в нашем обществе. Поскольку неврологические заболевания в целом нередко затрагивают именно те слои коры головного мозга, которые отвечают за высшие когнитивные функции, а инсульт поражает левое полушарие в четыре раза чаще, чем правое, он нередко нарушает способность говорить и воспринимать речь. Термином «инсульт» обозначают нарушения, связанные с работой кровеносных сосудов, доставляющих кислород к клеткам мозга. Выделяют два основных типа инсульта ― ишемический и геморрагический.

По данным Американской ассоциации по борьбе с инсультами, на ишемические инсульты приходится приблизительно 83 % всех случаев этого заболевания. Кровь в мозг поставляют артерии, и их разветвления по мере удаления от сердца постепенно сужаются все сильнее. По ним переносится кислород, жизненно необходимый для выживания и работы клеток, в том числе нейронов. При ишемическом инсульте сгусток крови плывет по артериям до тех пор, пока уменьшающийся диаметр не становится слишком мал для дальнейшего движения. В итоге сгусток образует тромб и перекрывает приток богатой кислородом крови к клеткам, расположенным ниже по течению. Это вызывает повреждение, а нередко и гибель клеток мозга. Поскольку нейроны обычно не восстанавливаются, мертвые нейроны не заменяются новыми. Функции, которые выполняли погибшие клетки, могут быть навсегда утрачены, если только другие нейроны со временем не возьмут их на себя. Мозг любого человека отличается от других особенностями строения нейронных сетей, поэтому и способности к восстановлению после травмы у всех людей разные.

Геморрагический инсульт (кровотечение в мозг) происходит, если кровь вытекает из артерий и заливает мозг. На эту форму приходятся 17 % всех инсультов. Кровь, приходя в непосредственный контакт с нейронами, оказывается ядовитой для них, поэтому любая течь или пробоина в кровеносном сосуде может иметь разрушительные последствия для мозга. Одна из разновидностей геморрагического инсульта, аневризма, развивается в тех случаях, когда в стенке сосуда образуется истонченный участок, постепенно надувающийся как шарик. Этот шарик наполняется кровью и может легко разорваться, извергая в полость черепа большие объемы крови. Любая разновидность такого кровотечения нередко бывает опасной для жизни.

Артериовенозная мальформация (АВМ) ― одна из редких разновидностей геморрагического инсульта. Это врожденное заболевание, связанное с тем, что человек рождается с аномальной конфигурацией артерий. В норме сердце прокачивает кровь по артериям под высоким давлением и собирает ее обратно из вен, где давление низкое. Капиллярное русло играет роль буфера или нейтральной полосы между артериями с высоким давлением и венами с низким давлением.

При АВМ артерия оказывается непосредственно связанной с веной, не отделенной от нее буфером капиллярного русла. Через какое-то время вена больше не может выдерживать высокое давление крови, поступающей из артерии, соединение артерии и вены рвется, и кровь выливается в мозг. Хотя на АВМ приходится лишь около 2 % всех геморрагических инсультов[8], именно эта форма инсульта чаще всего поражает людей в самом расцвете сил (в возрасте от 25 до 45). Мне было 37, когда АВМ лопнула у меня в мозгу.

Независимо от механической природы нарушения работы сосудов, будь то сгусток крови или кровотечение, два инсульта никогда не бывают идентичными по симптомам, потому что два мозга не могут быть абсолютно идентичными по строению, связям и способности к восстановлению. Невозможно обсуждать симптомы, к которым приводит инсульт, не обсудив врожденных различий между правым и левым полушариями мозга. Хотя анатомическая структура полушарий сравнительно симметрична, они сильно отличаются друг от друга не только способами обработки информации, но и типами информации, которую обрабатывают.

Чем лучше мы разберемся в функциональной организации обоих полушарий, тем легче будет предсказать, какие нарушения может вызвать повреждение тех или иных участков коры. Кроме того, что еще важнее, есть надежда, что это научит нас, как помочь человеку, перенесшему инсульт, восстановить утраченные функции мозга.