Мозг

Зона Брока граничит с лицевой областью моторной коры, управляющей мышцами лица, языка, челюстей и глотки. Когда при инсульте повреждается зона Брока, почти во всех случаях наблюдается также серьезное повреждение лицевой зоны левого полушария, и поэтому можно подумать, что расстройство речи вызвано частичным параличом мышц, необходимых для артикуляции. Легко показать несостоятельность такого объяснения. Во-первых, повреждение соответствующей области на правой стороне не приводит к афазии, хотя имеется частичный паралич лицевых мышц. Во-вторых, известно, что при афазии Брока мышцы, которые не выполняют своей речевой функции, в остальном действуют нормально. И далее, самое простое: больной с афазией Брока, которому очень трудно говорить, нередко прекрасно и легко поет. Наконец, речь больного с афазией Брока нарушена грамматически, что уже никак нельзя объяснить слабостью мышц.

Специализация соматосенсорной и моторной зон коры мозга выражается в том, что каждый участок этих зон можно связать с определенной частью тела. Другими словами, большая часть тела может быть представлена на коре в виде схемы; результатом этого будут два искаженных гомункулуса. Искажения связаны с тем, что отведенная под данную часть тела площадь коры пропорциональна не величине этой части, а необходимой точности управления. У человека очень велики площади моторной и соматосенсорной зон, соответствующие лицу и рукам. Здесь показаны только половины каждой из таких корковых зон: левая соматосенсорная зона (которая получает сигналы преимущественно от правой половины тела) и правая моторная зона (которая осуществляет управление движениями левой половины тела).

Другой тип афазии описал в 1874 г. немецкий исследователь К. Вернике (С. Wernike). Этот тип афазии связан с повреждением другой области коры, находящейся также в левом полушарии, но не в лобной, а в височной доле. Эта область, именуемая теперь зоной Вернике, лежит между первичной слуховой корой и структурой, называемой угловой извилиной, которая, по-видимому, проходит между зрительным и слуховым центрами мозга. Позднее было установлено, что зона Вернике и зона Брока соединяются группой нервных волокон-дутообразным пучком.

Поражение каждой из этих зон - как зоны Брока, так и зоны Вернике ведет к расстройствам речи, но характер этих расстройств совершенно различен. При афазии Брока речь становится затрудненной и медленной, с нарушенной артикуляцией. Ответ на вопрос часто имеет смысл, но он редко дается в виде грамматически правильно построенного предложения. Особые трудности возникают со спряжением глаголов, с произношением и со связующими словами, а также со сложными грамматическими конструкциями. В результате речь приобретает телеграфный стиль. Например, если больного спрашивают о назначении к зубному врачу, он отвечает невнятно и заикаясь: "Да... Понедельник... Папа и Дик... Среда девять часов... 10 часов... доктора... и... зубы". Такого же типа ошибки делаются и при письме.

На карте коры человека показаны области, функциональная специализация которых установлена. Большая часть коры отведена под сравнительно элементарные функции: управление движениями и первичный анализ раздражителей. Эти области, включающие моторную и соматосенсорную зоны, а также первичные зрительные, слуховые и обонятельные области представлены у всех видов, которые имеют хорошо развитую кору, и вовлекаются в работу при многих родах деятельности. Некоторые другие области (темный цвет) более узко специализированы. Зоны Брока и Вернике участвуют в формировании и восприятии речи. Предполагается, что соотнесение зрительного и слухового представлений информации производит угловая извилина. Такие функциональные специализации обнаружены только на левой половине мозга; соответствующие области правого полушария не имеют аналогичной связи с лингвистическими способностями. Правое полушарие, которое здесь не показано, определяет свои собственные специфические способности, в частности касающиеся некоторых аспектов восприятия музыки и сложных зрительных образов. Однако анатомические зоны, ассоциирующиеся с этими способностями, определены не так хорошо, как речевые зоны. Даже в левом полушарии соотнесение функций с участками коры лишь приблизительное; некоторые зоны могут иметь иные функции, кроме указанных, а в осуществлении отдельных функций может принимать участие несколько зон.

При афазии Вернике речь фонетически и даже грамматически нормальна, но ее семантика нарушена. Слова обычно связываются без особого труда и имеют правильные окончания, так что высказывания носят характер правильно построенных предложений. Однако слова нередко оказываются неподходящими, и среди них встречаются бессмысленные слоги и сочетания слогов. Примечательно, что даже в тех случаях, когда отдельные слова правильны, высказывание в целом выражает смысл каким-то обходным путем. Так, больной, которого попросили описать картину, изображающую двух мальчиков, ворующих печенье за спиной у женщины, сообщил: "Матери нет здесь, она делает свою работу, чтобы получить ее лучше, но когда она смотрит, два мальчика смотрят в другое место. Она работает в другой раз".

На основе анализа этих дефектов Вернике сформулировал представление о программировании речи в мозгу. За прошедшие 100 лет были получены многочисленные новые данные, но основные принципы, установленные Вернике, все еще сохраняют свое значение. Согласно его модели, основная структура высказывания возникает в зоне Вернике. Затем она по дугообразному пучку передается в зону Брока, где включает детальную и координированную программу вокализации. Эта программа приходит в смежные лицевые области моторной коры, которая активирует соответствующие мышцы рта, губ, языка, гортани и т.д.

Зона Вернике не только принимает участие в речеобразовании, но и играет большую роль в понимании произносимых слов, чтении и письме. Когда слово прослушивается, звук вначале воспринимается первичной слуховой корой, но если его нужно воспринять как словесное сообщение, сигнал должен пройти через смежную зону Вернике. Когда слово читается, зрительный образ (из первичной зрительной коры) передается в угловую извилину, которая производит определенное преобразование, ведущее к появлению звуковой формы слова в зоне Вернике. Написание определенного слова в ответ на некоторую устную инструкцию требует того, чтобы информация прошла по тому же самому пути в обратном направлении: из слуховой коры в зоне Вернике и к угловой извилине.

Эта модель объясняет многие симптомы, характерные для афазий. Повреждение зоны Брока нарушает саму речь, но почти не сказывается на ее понимании. Повреждение же зоны Вернике сказывается на всех аспектах речи. Последствия определенных более редких поражений также согласуются с этой моделью. Так, например, разрушение дугообразного пучка, приводящее к разобщению зон Вернике и Брока, оставляет речь беглой и хорошо артикулированной, но делает ее семантически дефектной. Зона Брока работает, но не получает информации из зоны Вернике. Однако, поскольку последняя также функционирует, понимание произносимой речи и ее написание остаются почти нормальными. Письмо нарушается при всех афазиях, характеризующихся отклонением речи от нормы, однако пути, принимающие участие в письме, в деталях неизвестны.

Повреждение угловой извилины ведет к разъединению систем, участвующих в устной и письменной речи. При повреждении определенных участков этой извилины больные могут нормально говорить и понимать устную речь, но теряют способность писать. Создается впечатление, что понимание написанных слов требует того, чтобы в зоне Вернике возник их слуховой вариант. Повреждение угловой извилины, по-видимому, нарушает сообщение между зрительной корой и зоной Вернике, в связи с чем понимание письменной речи нарушается.

Хотя распределение лингвистических функций между несколькими участками коры сейчас подтверждено многочисленными данными, строгость этих распределений не следует преувеличивать. Пессимистическая точка зрения, согласно которой повреждение ткани в этих зонах неизбежно ведет к необратимому нарушению лингвистических способностей, необоснованна. На самом деле, часто наблюдается значительная степень восстановления. Нервная ткань, разрушенная в результате артериального тромбоза, не способна регенерировать, однако, по всей вероятности, функцию разрушенной области принимают на себя, хотя бы частично, другие отделы. В некоторых случаях восстановление, возможно, отражает существование другой обучающейся системы на противоположной стороне мозга, которая оставалась бездействующей до тех пор, пока доминирующая сторона не была повреждена. В ряде случаев эти функции берут на себя нейроны областей, смежных с поврежденной или окружающих ее. П. Уолл (P. Wall) из Лондонского университетского колледжа показал, что существует кайма из таких бездействующих, но потенциально активных клеток по краю соматосенсорной коры, и кажется весьма вероятным, что подобного рода кайма имеется в мозгу повсеместно. Дж. Mop (J. Mohr), который сейчас работает в Университете Южной Алабамы, вместе со своими сотрудниками показал, что при афазии Брока прогноз в смысле восстановления весьма благоприятен, если разрушенная область не слишком велика. Одна из интерпретаций этого открытия предполагает, что области по границе зоны Брока разделяют ее специализацию в латентной форме.

Хотя детали механизма восстановления неизвестны, было установлено, что у некоторых групп больных восстановление лингвистических способностей происходит быстрее, чем у других. У детей, особенно моложе восьми лет, часто наблюдается прекрасное восстановление, причем у левшей оно бывает чаще, чем у правшей. Даже те правши, у которых среди родственников выявляются левши (родители, братья и сестры или дети), более склонны к восстановлению, чем те, у которых таких родственников нет. Взаимосвязь между доминирующей рукой и восстановлением при повреждениях речевых зон указывает на то, что структуры, определяющие доминирование руки и речевые способности, в какой-то мере связаны.

Сосудистая система мозга играет важную роль в картировании функциональных зон коры. О функциях, которыми данная область коры обладает в норме, часто можно судить по расстройствам или нарушениям поведения, наступающим при повреждении области. Самая распространенная причина таких повреждений - это закупорка артерии, обслуживающей кору, что ведет к гибели тканей, снабжаемых этой артерией. Зоны Брока и Вернике были идентифицированы таким способом около 100 лет назад: в результате вскрытия было обнаружено, что у больных с характерными афазиями, или дефектами речи, имелись повреждения именно в этих областях левого полушария.

Существует мозговое нарушение, поражающее тем, что его проявление очень узко ограничено: это прозопагнозия, или неспособность узнавать лица. Способность узнавать людей по лицу сама по себе замечательна. С одного взгляда можно узнать человека только по чертам лица, даже если они изменились с годами или представлены в сильно искаженном виде, как, например, на карикатуре. У больных с прозопагнозией способность к подобной ассоциации утрачивается.

Что особенно поразительно в этом нарушении, так это его специфичность. Как правило, оно сопровождается малым числом других неврологических симптомов, исключая разве выпадение части поля зрения, иногда на обеих сторонах, а иногда только левой половины. Большинство мыслительных задач, включая те, которые требуют переработки зрительной информации, выполняется без особых трудностей; например, такой больной обычно может читать и правильно называть предметы. Чего он не может делать, так это назвать человека, посмотрев на него или на его фотографию. Иногда он даже неспособен узнать свою жену и детей. Когда знакомый человек заговорит, больной узнает голос и может немедленно назвать имя. Восприятие черт лица также не нарушается, поскольку часто больной может описать лицо в деталях и обычно способен соотнести фотографию, сделанную в фас, с профилем того же человека. Нарушение кажется приуроченным к формированию ассоциации между лицами и личностями.

Поражения, вызывающие прозопагнозию, столь же стереотипны, как и само расстройство. Повреждения обнаруживаются на нижней стороне обеих затылочных долей и простираются вперед к внутренней поверхности височных долей. Можно думать, что некоторая нейронная сеть внутри этой области специализирована для быстрого и надежного узнавания человеческих лиц. Может показаться, что непропорционально большая часть мозговых ресурсов растрачивается на весьма ограниченные задачи. Однако следует иметь в виду, что узнавание людей как индивидуумов - весьма ценная способность для столь высокосоциального биологического вида, как человек, и, возможно, в ее формировании сыграло роль сильное давление отбора.

Сходные способности, возможно, имеются и у других общественных видов. Г. Ван Хесен (G. Van Hoesen) - мой бывший сотрудник по Гарвардской медицинской школе, а теперь работающий в Университетском медицинском колледже в Айове, начал исследовать неврологическую основу узнавания лиц у макаков-резусов. Ему удалось доказать, что обезьяны способны с легкостью различать других обезьян по фотографиям. Однако нейронные структуры, участвующие в решении этой задачи, пока не идентифицированы.

До недавнего времени мало что было известно о физиологической основе памяти - одной из самых важных функций человеческого мозга. Однако посредством изучения некоторых узкоспецифических нарушений удалось выявить области или структуры мозга, участвующие в определенных процессах памяти. Так, например, исследование различных форм антероградной амнезии неспособности усваивать новую информацию - выявило роль височных долей в процессах памяти. В частности, удивительные расстройства у одного больного, которого Милнер наблюдает более 25 лет, свидетельствуют о важном значении для памяти таких структур, как гиппокамп, находящийся на внутренней поверхности височной доли.

В 1953 г. этот больной перенес радикальную хирургическую операцию, при которой были разрушены значительная часть гиппокампа и ряд связанных с ним структур в обеих височных долях. После операции приобретенные ранее навыки и знания в значительной степени сохранились, и больной в состоянии нормально следить за текущими событиями. Создается даже впечатление, что он способен обычным образом воспринимать ограниченное количество новой информации.

Однако через короткое время большая часть этой информации становится для него недоступной.

Милнер опрашивала и обследовала этого больного через определенные промежутки времени после операции и обнаружила, что отмеченная у него антероградная амнезия мало изменилась за прошедшее время. У больного была выявлена, кроме того, обширная, хотя и выборочная, ретроградная амнезия (касающаяся времени, предшествовавшего операции), но она заметно уменьшилась. В отсутствие отвлекающих моментов больной может, скажем, удерживать в памяти трехзначное число в течение многих минут путем многократного его повторения или с помощью сложной мнемонической схемы. Если же хоть на мгновение отвлечь его внимание, он не может вспомнить ни числа, ни мнемонической схемы, на которую потратил столько усилий; он не может вспомнить даже саму задачу. Живя текущим моментом, больной неспособен заучить свой адрес или запомнить, где в доме хранятся предметы, которыми он ежедневно пользуется. Он не узнаёт людей, которые уже много лет регулярно его посещают. Подобные двусторонние операции, приводящие к таким нарушениям памяти, по очевидным причинам больше не производятся, но сходные поражения внутренней поверхности височных долей время от времени случаются при односторонних операциях на мозге у больных с необнаруженным повреждением противоположной доли. Результатом являются аналогичные нарушения, и, таким образом, роль внутренней поверхности височных долей в функционировании памяти в настоящее время общепризнана. Кроме того, тот факт, что у таких больных обычно сохраняются перцептивные способности, подтверждает правильность выдвигаемой многими исследователями идеи о существовании двух различных видов памяти-кратковременной и долговременной; последняя обеспечивает длительное хранение информации. У описанных выше больных, очевидно, нарушены процессы второго типа; мнения о природе этих нарушений пока противоречивы. Некоторые полагают, что нарушается способность консолидации, закрепления, т. е. передача информации из кратковременной памяти в долговременную; другие считают, что информация передается и сохраняется, но не может быть извлечена. Чтобы решить, кто из них прав, необходимо получить более точное представление о нейронных схемах памяти.

На первый взгляд кажется, что, подобно большинству других органов тела, мозг имеет совершенную билатеральную симметрию. Можно было бы ожидать, что две половины мозга и функционально так же эквивалентны, как две почки или два легких. В действительности многие из более специализированных функций присущи только либо одному полушарию, либо другому. Даже видимая анатомическая симметрия оказывается иллюзорной.

В первичных моторных и сенсорных областях коры распределение обязанностей между двумя полушариями подчиняется следующему простому правилу: каждая сторона мозга связана преимущественно с противоположной стороной тела. Большая часть нервных волокон на некотором участке своего пути переходит на противоположную сторону. Вследствие этого мышцами правой руки или ноги управляет преимущественно левая моторная кора, а сенсорные импульсы с правой половины тела идут преимущественно в левую соматосенсорную кору. Каждое ухо имеет связи со слуховой корой обеих половин мозга, но связи с контралатеральной стороной сильнее. Распределение сигналов от глаз несколько сложнее. Зрительные волокна распределены так. что образы, относящиеся к правой половине пространства, из обоих глаз проецируются на левую зрительную кору, а левая половина поля зрения обоих глаз проецируется в правое полушарие. В результате такой организации контралатеральных связей сенсорные и моторные функции двух полушарий разделены, но они обладают значительной степенью симметрии. Каждая половина мозга обслуживает половину тела и половину поля зрения.

Распределение более специализированных функций совершенно иное - оно глубоко асимметрично. Я указывал выше, что лингвистические способности определяются преимущественно левым полушарием. Есть основания полагать, что правая половина мозга более важна для восприятия мелодий; одним из свидетельств этого служит способность петь, отмеченная у больных с афазией, у которых повреждение локализуется в левом полушарии. Восприятие и анализ невербальных зрительных образов, таких, как перспективные рисунки, осуществляются преимущественно с помощью правого полушария, хотя и левое полушарие вносит свой вполне определенный вклад в эти функции. Асимметрия проявляется также в частичных выпадениях памяти, которые встречаются при одностороннем поражении височной доли. Удаление левой височной доли, нарушая способность запоминать словесный материал, не сказывается на способности запоминать пространственные взаимоотношения, лица, мелодии и абстрактные зрительные образы.

Пользование речью требует кооперации нескольких областей коры. Когда воспринимается слово (А), сигналы идут от уха в первичную слуховую кору, но данное слово не будет понято, если сигнал не подвергнется обработке в расположенной поблизости зоне Вернике. Если слово нужно произнести, некоторое его представление, по-видимому, передается из зоны Вернике в зону Брока посредством группы нервных волокон, называемой дугообразным пучком. В зоне Брока это слово порождает детальную программу артикуляции, поступающую затем в лицевую область моторной коры. Когда написанное слово читается (Б\ сигналы сначала регистрируются первичной зрительной корой. Затем они, по-видимому, направляются в угловую извилину, которая связывает зрительную форму данного слова с соответствующим слуховым аналогом в зоне Вернике. Произнесение слова затем осуществляется с помощью той же системы нейронов, о которой говорилось выше.

Узнавание лиц - это способность, за которую, по-видимому, ответственны области коры на внутренней стороне височных и затылочных долей обоих полушарий; здесь представлен их вид снизу. Поражение этих областей нарушает способность узнавать человека по лицу, но почти не вызывает других расстройств. Часто наблюдается некоторое ослабление зрения, но больной может читать, называть видимые предметы и даже соотносить портрет, сделанный в фас, с профилем того же человека. Больной может также узнавать людей по голосам. Единственная способность, которая утрачивается - это способность узнавать человека по лицу; расстройство бывает столь резко выраженным, что больной не узнает даже близких родственников.

В повседневной жизни эта латерализация функций редко обнаруживается, поскольку информация легко переходит из полушария в полушарие через несколько комиссур, включая мозолистое тело. Даже когда эти связи перерезаны, проявления доминирования полушарий в полной мере можно наблюдать только в лабораторных условиях, где можно точно гарантировать, что сенсорная информация поступает в данное время только в одно полушарие и что моторная реакция идет только от одного полушария. В таких условиях наблюдаются удивительные отклонения в поведении. Если какой-нибудь предмет помещают в левую руку больного или предъявляют только левой половине поля зрения, больной не может назвать предмет. Дело не в том, что он не узнает предмета он безошибочно указывает на родственные объекты; причина кроется в том, что восприятие, осуществляемое правым полушарием, не ассоциируется с названием, которое "известно" только левому.

Определенные процессы памяти представляются связанными со структурами на внутренней поверхности височных долей, такими, как гиппокамп (окрашено). Установлено, что двухстороннее повреждение этих областей вызывает сильное и длительное расстройство памяти, характеризующееся неспособностью усваивать новую информацию. В случае поражений такого типа способность воспринимать, по-видимому, не снижается, но в значительной степени нарушается способность переводить новую информацию на хранение в долговременную память. Острые поражения этой области на одной височной доле иногда вызывают сходные, но менее стойкие расстройства памяти, которые отражают различную специализацию полушарий: характер информации, запоминание которой нарушается, зависит от того, какая сторона повреждена.

Однако специализацию отдельных полушарий не следует переоценивать. Правое полушарие все же имеет некоторые зачаточные лингвистические способности. Кроме того, без сомнения, имеется много задач, в которых оба полушария обычно действуют сообща. В одном тесте, проводимом после хирургического разобщения полушарий, предлагается воспроизвести простой узор из цветных блоков. В ряде случаев ошибки совершаются часто независимо от того, какой рукой выполняется задача-левой или правой, но ошибки эти имеют характерные отличия. По-видимому, ни одно из полушарий не в состоянии справиться с этой задачей самостоятельно и им приходится кооперироваться.

В мозгу человека обнаружена анатомическая асимметрия коры, которая может быть соотнесена с различной функциональной специализацией полушарий. Одно из проявлений асимметрии легко наблюдать на интактном мозге: сильвиева борозда, которая определяет верхнюю границу височной доли, на правой стороне мозга поднимается более круто. Еще более впечатляющая асимметрия обнаружена на planum temporale, которая формирует верхнюю поверхность височной доли и которую можно увидеть только тогда, когда сильвиева борозда расширена. Задняя часть planum temporale обычно намного больше на левой стороне. Увеличенная область является частью зоны Вернике, что позволяет предполагать связь этой асимметрии с доминированием левого полушария в отношении речи. Распределение указанных асимметрий зависит от доминирующей руки.

Одно из самых удивительных последних открытий - это установление того факта, что повреждения правого и левого полушарий мозга вызывают различные эмоциональные реакции. Поражения большинства областей левого полушария сопровождаются ощущением потери, которое можно ожидать при любой тяжелой травме. Больного угнетает его беспомощность и он часто бывает в подавленном настроении. При повреждении в большей части правого полушария больной иногда остается в неведении относительно своего состояния. Г. Гайнотти (G. Gainotti) из Католического университета в Риме тщательно собирал факты, касающиеся этих различий в эмоциональных реакциях.

Эмоции и "расположение духа" часто связывают со структурами лимбической системы, но в последние годы было обнаружено, что кора, и особенно кора правого полушария, также вносит сюда свой значительный вклад. Поражения правого полушария не только вызывают неадекватные эмоциональные реакции больного на его собственное состояние, но и нарушают способность узнавать эмоции собеседника. При левостороннем поражении больной иногда неспособен понять утверждение, но во многих случаях может все-таки оценить эмоциональную окраску, с которой оно высказано. Больной с повреждениями правого полушария обычно понимает смысл того, что сказано, но часто неспособен определить, как это сказано - с раздражением или с юмором. Хотя о явлениях доминирования полушарий большого мозга у человека известно более ста лет, сопоставимые асимметрии у других видов были обнаружены всего несколько лет назад. Пионером в этой области явился Ф. Ноттебом (F. Nottebohm) из Рокфеллеровского университета, который исследует нервные механизмы пения у певчих птиц. У большинства видов, изученных им к настоящему времени (но не у всех), левая половина мозга более важна для пения. Примеры доминантности у млекопитающих, помимо человека, также были описаны, хотя и намного менее детально. Как показал В. Дененберг (V. Denenberg) из Коннектикутского университета, при определенных условиях повреждения правой половины мозга у крыс меняют эмоциональное поведение животных. Доминирование коры левого полушария для некоторых слуховых задач открыл у одного вида обезьян Дж. Дьюсон III (J. Dewson III), который сейчас работает в Стэнфордском университете. М. Петер-сен (М. Petersen) и другие исследователи из Мичиганского и Рокфеллеровского университетов показали, что у японских макаков, которые используют необычайное разнообразие звуковых сигналов, при узнавании видоспепифических криков доминирует левое полушарие. Однако у ближайших родственников человека - человекообразных обезьян - до настоящего времени никаких определенных примеров функциональной асимметрии описано не было.

В течение многих лет среди неврологов господствовало мнение о том, что функциональная асимметрия мозга не коррелирует с анатомической асимметрией. Считалось, что если бы существовали сколько-нибудь существенные различия между полушариями, они давно были бы замечены хирургами или патологоанатомами. Около 10 лет назад мой коллега В. Левицкий (W. Levitsky) и я решили пересмотреть этот вопрос заново, исходя из более ранних наблюдений немецкого невропатолога Р. Пфайфера (R. Pfeifer). Мы исследовали planum temporale человеческого мозга в 100 случаях; эта область расположена на верхней поверхности височной доли и уходит внутрь сильвиевой борозды. Наше исследование касалось только макроанатомии, и мы не пользовались никакими сложными инструментами, ограничившись фотоаппаратом и линейкой; тем не менее было обнаружено недвусмысленное доказательство асимметрии. Как правило, длина и ориентация сильвиевоей борозды на левом и правом полушариях неодинаковы. И что более существенно - задняя часть planum temporale, которая входит в состав зоны Вернике, обычно больше на левой стороне. Эти различия не слишком малы, их легко заметить невооруженным глазом.

В речевой зоне у больного с врожденным дефектом способности к чтению была обнаружена аномальная клеточная организация. А. Срез нормальной коры на задней части planum temporale - области, которая составляет часть зоны Вернике. Можно выделить несколько слоев и отметить наличие характерных колонок. Б. Срез из той же области мозга больного с дизлексией. Одной из особенностей является присутствие тел нейронов в самом поверхностном слое (у верхнего края фотографии), где они в норме не встречаются. Кроме того, по всей ткани расположение клеток нарушено. Эта аномалия была обнаружена А. Галабурдой из Гарвардской медицинской школы и Т. Кемпером из Медицинской школы Бостонского университета.

Вслед за нами Дж. Вада (J. Wada) из Университета Британской Колумбии показала, что асимметрию planum temporale можно обнаружить и у человеческого плода. Таким образом, оказалось, что увеличение левой planum temporale не может быть реакцией на развитие лингвистических способностей в детстве. Наоборот, "лингвистическое превосходство" левого полушария, по-видимому, имеет анатомическую основу. Не так давно мой коллега А. Галабурда (A. Galaburda) установил, что левая planum temporale не только больше по размеру, но отличается и по клеточной организации. На planum temporale есть область с характерным расположением клеток, обозначаемая Tpt. Галабурда обнаружил, что протяженность этой области значительно больше в левом полушарии; у первого же мозга, который был исследован, эта область на левой стороне более чем в семь раз превосходила такую же область справа.

А. Галабурда и Т. Кемпер (Th. Kemper) из Медицинской школы Бостонского университета исследовали мозг пострадавшего от несчастного случая, у которого была стойкая дизлексия. Они обнаружили, что области Tpt в двух полушариях были примерно одинаковой величины. Кроме того, клеточная структура области Tpt слева была аномальна. В нормальной коре нейроны располагаются последовательными слоями, для каждого из которых характерна своя популяция клеток. У больного с дизлексией эти слои были нарушены, причем бросалось в глаза присутствие тел нейронов в самом поверхностном слое коры, где их обычно не бывает. Островки корковой ткани были также обнаружены в белом веществе мозга, которому они не принадлежат. Хотя на основании единичного случая нельзя делать определенных выводов, все же создается впечатление, что в случае лингвистических расстройств можно обнаружить структурные нарушения в речевых зонах.

Новое направление исследований асимметрии мозга было позднее открыто моей сотрудницей М. ЛеМэй (М. LeMay). Она разработала несколько методов обнаружения анатомической асимметрии у живых людей. Один из этих методов церебральная артериография: в кровяное русло вводят рентгеноконтрастное вещество и исследуют его распределение в сосудах мозга. Артериографию часто используют для диагностики опухолей и других заболеваний мозга, и артериограммы, которые исследовала ЛеМэй, были получены с диагностической целью. Одна из внутричерепных артерий (средняя мозговая) идет вдоль сильвиевой борозды; ЛеМэй показала, что вид этой артерии на артериограмме отражает длину и ориентацию борозды. Оказалось, что у большинства людей правая средняя мозговая артерия идет круче и в конце концов поднимается выше, чем соответствующая артерия на левой стороне.

ЛеМэй обнаруживала асимметрию мозга также с помощью компьютерной аксиальной томографии (КАТ)-метода, при котором из набора рентгеновских проекций реконструируется картина мозга в поперечном сечении. На полученных изображениях видны характерные отклонения от билатеральной симметрии. У правшей правая лобная доля обычно шире, чем левая, но зато левая теменная и затылочная доли шире, чем правые. Внутренняя поверхность самого черепа сильнее вдавлена в правой лобной и левой затылочной областях в соответствии с этими выпуклостями.

ЛеМэй даже сообщила об обнаружении асимметрии на слепках ископаемых черепов неандертальцев и других гоминидов. На внутренней поверхности черепа есть гребень, соответствующий сильвиевой борозде; в тех случаях, когда этот гребень сохранился достаточно хорошо для того, чтобы отпечататься на слепках, ЛеМэй нашла те же проявления асимметрии, которые наблюдаются у современного человека; это заставляет предполагать, что доминирование полушарий возникло по крайней мере 30000 лет назад. ЛеМэй и я показали, что аналогичная асимметрия сильвиевых борозд существует и у крупных приматов, но не у низших обезьян. Об аналогичных открытиях сообщили Г. Йени-Комшиан и Д. Бенсон (G. Yeni-Komshian, D. Benson) из Медицинской школы Университета Джонса Гопкинса. Если удастся обнаружить функциональные корреляты этих анатомических отклонений, можно будет составить представление о доминировании полушарий у человекообразных обезьян.

Одно из самых банальных проявлений доминирования полушарий является в то же время и одним из самых поразительных: это феномен доминирования руки. У многих животных наблюдаются какие-то проявления этого свойства; например, если заставить обезьяну выполнять некоторую задачу только одной рукой, она всегда будет использовать одну и ту же руку. Однако в любой большой популяции обезьян левши и правши встречаются одинаково часто. В человеческой популяции левши составляют не более 9 процентов. Возможно, что такой значительный сдвиг в сторону доминирования правой руки служит выражением уникальной специализации человеческого мозга.

Генетика и наследование доминирования руки являются предметом живой полемики. Р. Коллинз (R. Kollins) из Джексоновской лаборатории в Бар-Харборе показал, что продолжительный инбридинг мышей с доминирующей правой лапой не приводит к увеличению числа таких особей в потомстве. У человека положение совершенно иное. М. Аннетт (М. Annett) из Ланчестерского политехнического института в Англии выдвинула теорию, согласно которой один аллель из генной пары благоприятствует развитию праворукости, однако комплементарного ему аллеля леворукости не существует. В отсутствие аллеля, благоприятствующего развитию праворукости, доминирующая рука определяется случайным образом.

Исследования, предпринятые ЛеМэй и ее сотрудниками, показали, что распределение асимметрий у левшей иное, чем у правшей. У правшей и, значит, у большинства людей правая сильвиева борозда расположена выше левой в 67% случаев, левая борозда выше в 8%, и обе борозды находятся на одинаковой высоте в 25% случаев. У 71% левшей сильвиевы борозды примерно симметричные; у остальных правая борозда чаще расположена выше (21% против 7). Асимметрии, наблюдаемые с помощью томографии, также по-разному распределяются у правшей и левшей. У части населения с доминирующей левой рукой асимметрия менее выражена. Эти данные находятся в качественном согласии с теорией Аннетт.

Если такие узко ограниченные функции, как узнавание лиц, обеспечиваются специфическими нейронными сетями мозга, то кажется вероятным, что многие другие функции представлены аналогичным образом. Так, например, одна из главных целей воспитания детей - выучить их набору высоко дифференцированных реакций на эмоциональные стимулы, такие, как гнев и страх. Ребенок должен также научиться подходящим реакциям на стимулы из своей внутренней среды, такие, как голод или ощущение наполнения мочевого пузыря и кишечника. Большинство детей научается этим типам поведения точно так же, как они научаются языку, на основании чего можно предположить, что и тут существуют процессоры специального назначения. К настоящему времени о таких нейронных системах мало что известно. На самом деле, даже если картирование специализированных зон будет продолжаться, на повестку дня должна быть поставлена следующая главная задача-задача описания их внутренних операций.

С. КИТИ

Заболевания человеческого мозга

Они могут быть следствием наследственного нарушения обмена, сосудистого заболевания, инфекции, опухоли, травмы. При исследовании психических заболеваний важны отношения между генетическими факторами и факторами внешней среды

В такой сложной структуре, как человеческий мозг, может возникнуть множество нарушений. Удивительно то, что у большинства людей мозг работает эффективно и непрерывно дольше шестидесяти лет. Это говорит о пластичности, избыточности и самовосстанавливающейся природе его механизмов. Но дело в том, что в мозгу иногда нарушается его структурная архитектоника или электрические и химические процессы. Более ста лет назад патологи уже умели обнаруживать заболевания, связанные с повреждением крупных анатомических структур мозга и возникающие в результате кровоизлияния, компрессии, смещения, воспаления, дегенерации и атрофии. Микроскоп и избирательное окрашивание дали возможность увидеть, как морфологическое повреждение вызывает голодание, дегенерацию и гибель нейронов.

Компьютерная аксиальная томография (КАТ) использует рентгенограммы, сделанные под разными углами, с целью получения картины головного мозга в поперечном разрезе. Инъекция йодистого препарата в венозную систему усиливает контраст. На кадрах а и б для выявления плотного сгустка крови в пространстве между мозгом и черепом иод был не нужен. Кровоизлияние произошло от удара тупым орудием по этой части черепа. По диагонали от сгустка видно кровоизлияние на поверхности мозга или непосредственно под поверхностью; это кровоизлияние вызвано повреждением мозга по механизму "противоудара" (contre-coup). Желудочки (в центре) сужены из-за набухания ткани мозга. На кадре в препарат иода выявил опухоль (в центре внизу) у больного с метастазами рака. Справа от узла опухоли - нормальная вена, которая отчетливо видна благодаря контрастному веществу - введенному в кровь иоду. Желудочки смещены набуханием тканей вокруг опухоли. На кадре г менингиома (доброкачественная опухоль) без иода едва видна. Внутри опухоли лежит небольшой островок кальция. Гиперостоз, разрастание кости вблизи опухоли, характерно для менингиомы. На кадре д под действием иода та же самая опухоль стала видна гораздо лучше. Тонкая белая линия, пересекающая опухоль, проведена сканирующим аппаратом с целью измерения. На кадрах е и ж злокачественная опухоль (в середине) без иода едва видна, но на кадрах з и и, полученных с применением иода, она ясно выделяется в виде пятнистого участка. Желудочки смещены, и границы их зазубрены. На кадре е кальцинированный эпифиз (в середине) тоже слегка смещен. Усиленные иодом белые кольцевые зоны характерны для злокачественной опухоли. Девять кадров КАТ любезно предоставлены Ф. Ходжесом III (F. Hodges III) из Медицинской школы Университета Джонса Гопкинса.

Глиальная клетка, которая вырабатывает и обновляет жироподобный слой миелина, образующий оболочку аксонов в центральной нервной системе, может играть роль в расстройствах функции головного мозга. А. Электронная микрофотография нормальной глиальной клетки; это сравнительно темная клетка с плотно упакованными внутриклеточными органеллами, в том числе митохондриями, шероховатым эндоплазматическим ретикулумом и четко очерченным аппаратом Гольджи (рядом дана карта органелл). В этой нормальной клетке хроматин - носитель генетического материала - равномерно распределен по всему ядру. На периферии клетки лежат части нескольких миелинизированных аксонов; миелин является прямым продолжением специализированной цитоплазматической мембраны глиальной клетки. Б. Глиальная клетка больного хроническим лимфатическим лейкозом. Органеллы клетки сильно разрушены. Клетка, находящаяся в ткани, взятой при аутопсии, отличается увеличенным и смещенным ядром, конденсированным хроматином и наличием многочисленных вирусных частиц, уничтожавших клетку. В результате миелин аксонов не обновлялся. Постепенная демиелинизация основных нервных путей привела к развитию симптомов болезни. Приблизительно за четыре месяца до смерти больной жаловался на ухудшение зрения (что закончилось слепотой в левом поле зрения), на то, что он не различает лиц и не может читать. В конце наступила полная слепота, некоторая спутанность сознания с двусторонним парезом. В. Глиальная клетка в ткани, взятой при аутопсии у больного подострым склерозирующим панэнцефалитом. Отдельные органеллы в клетке неразличимы, хотя близлежащие миелинизированные аксоны еще видны. Хроматин образовал комки и сдвинут частицами, характерными для парамиксовируса. Электронные микрофотографии получены Дж. Волынским (J. Wolinsky) из Медицинской школы Университета Джонса Гопкинса.

В течение многих лет препятствием для изучения заболеваний мозга служило отсутствие способов исследования живого мозга. То немногое, что было известно о таких болезнях, явилось результатом посмертных исследований. Открытие рентгеновских лучей в конце XIX в. позволило ученым заглянуть в живой мозг. Теперь есть возможность обнаруживать грубые структурные разрушения, касающиеся желудочков головного мозга, при помощи пневмоэнцефалографии, т.е. рентгенологической методики, при которой жидкость, окружающая мозг и наполняющая его желудочки, замещается воздухом, что позволяет получить картину их формы. При другом методе - церебральной ангиографии - в кровь вводят рентгеноконтрастное вещество и это дает возможность видеть на рентгенограмме патологическое смещение кровеносных сосудов мозга. Обычное рентгенологическое исследование при всей своей ценности страдает одним крупным недостатком: на проявленной пленке рентгенографические проекции патологически измененных областей могут наложиться на проекции нормальных структур, из-за чего трудно или даже невозможно отличить их друг от друга. Это особенно дает себя знать при одинаковой проницаемости соседних структур для рентгеновских лучей, как, например, в случае опухоли, окруженной нормальной тканью такой же плотности.

Создание метода компьютерной аксиальной томографии (КATI позволило преодолеть этот недостаток. КАТ-сканирование - это особая методика, при которой сопоставляются многочисленные рентгеновские снимки, сделанные под разными углами, с целью получения изображения внутренней структуры головного мозга в поперечном сечении. Такое сканирование выявляет увеличение или атрофию нормальных структур и любые патологические образования.

В середине нашего столетия возникли электрические методики, ставшие важными инструментами исследования мозга. Сообщения, получаемые мозгом от органов чувств, директивы, которые он им посылает, и сообщения между миллиардами нейронов в самом мозгу - все они передаются с помощью электрических сигналов. Электрические поля у поверхности мозга улавливаются и усиливаются электроэнцефалографом. Это позволяет определить специфическую локализацию источников нарушения электрической активности.

В течение последних двух десятилетий изучение функции мозга распространилось на химические процессы. Как мозг использует энергию, можно исследовать, измеряя кровоток и использование кислорода из глюкозы. Благодаря недавним работам Н. Лассена (N. Lassen) из Клиники Биспебьерга в Копенгагене и Д. Ингвара (D. Ingvar) из Копенгагенского университета появилась возможность наблюдать на рентгеновском экране, как при таких специфических видах умственной деятельности, как чтение вслух или чтение про себя, быстро меняется кровообращение в разных участках мозга. Л. Соколов (L. Sokoloff) с сотрудниками из Национального института охраны психического здоровья разработали приемы для количественной оценки метаболизма глюкозы в любой точке мозга. Поскольку функциональная активность тесно связана с интенсивностью кровотока и использованием глюкозы, такие методики служат средством для картирования живого мозга в отношении функционирования его компонентов.

На уровне нейрона мозговые расстройства могут возникнуть из-за аномальных химических процессов, действующих в синапсах между нейронами. Нарушения синтеза, высвобождения или инактивации определенного химического медиатора или нарушения чувствительности пост-синаптических рецепторов медиатора могут привести к дисфункции синапса. Такая дисфункция необязательно сопровождается морфологическими изменениями на макро- или микроуровне. Разработанные недавно гистофлуоресцентные и иммунофлуоресцентные методики, т. е. по существу методы окрашивания на специфические медиаторы или ферменты, позволяют обнаруживать и измерять действие медиатора на отдельные нейроны. Новые химические методики с применением радиоактивных изотопов дают возможность определять число и чувствительность постсинаптических рецепторов, а мощными аналитическими приемами можно исследовать жидкость в головном мозгу, спинномозговую жидкость, кровь и мочу на присутствие ничтожных следов медиаторов и их метаболитов.

Для успешного протекания таких сложных психических процессов, как восприятие, мышление, суждение и эмоции, необходимы идеально настроенные и бесперебойно функционирующие синапсы. Поскольку при психических заболеваниях такие процессы часто нарушаются, расширение представлений об этих процессах должно помочь раскрыть тайны нарушений психики. Лишь недавно эти новые способы изучения химизма синапса были применены в случаях психических заболеваний - шизофрении и маниакально-депрессивного психоза. Мне представляется вполне возможным, что эти орудия исследования будут для психиатрии тем, чем старые методики были для невропатологии.

Патологические процессы вызываются в мозгу большим разнообразием близких и отдаленных причин, которые часто делят на генетические факторы и факторы внешней среды. Поскольку всякое свойство живого организма в конечном счете определяется сложным взаимодействием генетических влияний и влияний внешней среды, попытка расчленить их может показаться бесплодной. Но все же есть возможность их дифференцировать, если проследить, каков вклад каждого из этих влияний в изменчивость данного конкретного признака. Например, способность к речи требует высокоразвитого механизма в головном мозгу, механизма, который совершенно очевидно зависит от генетических процессов. Но тот конкретный язык, на котором говорит человек, не обусловлен генетически, а почти полностью определяется фактором среды - принадлежностью к той или иной культуре и т.п. С другой стороны, существуют генетические дефекты головного мозга, которые выявляются только в условиях специфического питания. Если эти условия повсеместны, то отличие аномального индивидуума от нормального будет полностью обусловлено генетическим фактором; поэтому такое нарушение относят к генетическим болезням. Разумеется, большинство человеческих свойств не поддается классификации с такой легкостью. По-видимому, они оказываются где-то между двумя крайними точками.

Гены определяют последовательности аминокислот, образующих белки. Именно эти белковые молекулы, синтезируемые в особых местах и в особое время, служат структурными компонентами и ферментативными катализаторами, которые обусловливают развитие и работу мозга. Известно, что многие нарушения в центральной нервной системе, в особенности те, которые проявляются умственной отсталостью, обусловлены генетически. Например, фенилкетонурия и галактоземия вызываются генетически обусловленной недостаточностью определенных ферментов. При той и другой болезни из-за дефицита определенного фермента становятся токсичными некоторые компоненты обычной пищи. У ребенка с фенилкетонурией отсутствует фермент фенилаланингидроксилаза, - который обеспечивает дальнейший метаболизм фенилаланина. В результате эта незаменимая аминокислота в избытке накапливается в крови и тканях, что нарушает развитие и работу мозга.

При галактоземии новорожденный ребенок кажется нормальным, но через несколько дней или недель кормления молоком у него появляются анорексия и рвота, он начинает отставать в весе и погибает от истощения. Дети, выжившие без лечения, остаются карликами и умственно отсталыми. Галактоземия вызывается отсутствием фермента, необходимого для дальнейшего метаболизма сахара галактозы, который поэтому в избытке накапливается в организме. Вредные последствия этих болезней можно устранить внешним воздействием, а именно исключением из рациона ребенка (по крайней мере в раннем детстве, в период интенсивного роста и развития головного мозга) того вещества, метаболизм которого в организме нарушен (фенилаланина или галактозы).

Больший процент самоубийств установлен среди биологических родственников тех приемных детей, которые страдали депрессией, по сравнению с числом самоубийств среди их приемных родственников и родственников приемных детей контрольной группы, не страдавших психическим заболеванием, что заставляет предполагать в основе этих самоубийств генетический фактор. На каждом графике показано число родственников-самоубийц по отношению к общему числу родственников. Данные взяты из работы, проведенной автором и Д. Розенталем (D. Rosenthal) из Национального института охраны психического здоровья. Ф. Шульзингером (F. Schulsinger) из Копенгагенского университета и П. Уэндером (P. Wender) из Университета Юты.

Некоторые генетически обусловленные болезни сцеплены с полом. Синдром Леша-Нихана, характеризующийся бесцельными и неуправляемыми движениями, умственной отсталостью и психотическим поведением ("самоповреждение"), возникает из-за отсутствия определенного фермента, что в свою очередь обусловлено отсутствием или дефектом гена в Х-хромосоме. Этот синдром встречается только у мужчин, у которых всего одна Х-хромосома. У женщин, у которых имеется две Х-хромосомы, отсутствие или дефект гена в одной из них компенсируется нормальным геном другой.

Мозговые расстройства возникают не только от недостатка генетического материала, но и от его избытка. Наличие добавочной Х- или Y-хромосомы сопровождается синдромами незначительных нарушение интеллекта и личности. При синдроме Дауна, который наблюдается у одного из каждых 700 новорожденных, имеется лишняя хромосома 21. Такие дети отстают в развитии как физическом, так и умственном.

Генетические болезни не всегда обнаруживаются при рождении. Например, симптомы хореи Гентингтона, а именно неконтролируемые движения и снижение интеллекта, появляются впервые в возрасте 30-50 лет. Эта болезнь, которая наследуется как доминантный генетический признак, связана с резко выраженной атрофией мозолистого тела и дегенерацией нейронов в хвостатом ядре и других глубоких ядрах, а также в лобной коре больших полушарий.

В 1968 г. Л. Полинг (L. Pauling) предположил, что существуют генетически обусловленные индивидуальные различия в потребности в витаминах. Он полагал, что эти различия связаны с заболеваниями центральной нервной системы, включая головной мозг. Примерами, свидетельствующими в пользу этой гипотезы, служат некоторые редкие неврологические синдромы у детей, при которых генетически обусловленная неспособность усваивать или перерабатывать определенный витамин создает тяжелую витаминную недостаточность, которая неблагоприятно сказывается на функции центральной нервной системы. Возникающие патологические синдромы успешно излечиваются большими дозами соответствующего витамина. Полинг предположил подобный механизм в основе шизофрении, однако повышенная потребность в том или ином витамине при шизофрении не доказана.

Психозы, в том числе шизофрения и аффективные расстройства, встречаются значительно чаще упомянутых выше заболеваний. В этих психозах главную роль, по-видимому, играют генетические факторы, хотя их биологические последствия еще не определены, в отличие от того, как это сделано для многих других заболеваний мозга. С тех самых пор, как около 100 лет назад были впервые описаны шизофрения и маниакально-депрессивный психоз, известно, что они носят характер семейных болезней. Около 10% родственников больного тоже страдают этим заболеванием. Поэтому такие болезни часто считали наследственными.

Однако членов одной семьи объединяют не только генетические влияния, но и общие влияния среды, и поэтому семейный характер заболевания еще мало говорит о его этиологии. Пеллагра - болезнь, обусловленная витаминной недостаточностью, которая в первые десятилетия нашего века была причиной 10% психических заболеваний в США, тоже поражает целые семьи, и поэтому одно время считалась наследственной. В 1915 г. Дж. Голдбергер (J. Goldberger) из Службы здравоохранения США показал, что главной причиной пеллагры является острый недостаток в пище ниацина - витамина группы В. Поскольку члены одной семьи обычно едят одинаковую пищу, болезнь носит семейный характер. При помощи соответствующего питания пеллагру удалось почти полностью искоренить.

Доказательство генетической этиологии шизофрении и маниакально-депрессивного психоза получено при исследовании частоты данных заболеваний у однояйцовых и разнояйцевых близнецов (у первых все гены одинаковые, а у вторых одинаковы около половины генов). У однояйцовых обе болезни дают большой процент совпадения (конкордантность около 50%), тогда как у разнояйцевых он такой же, как вообще у потомков (около 10%). Работы последних лет сосредоточены на изучении приемных детей, генетическую конструкцию которых можно выяснить обследованием кровных ("биологических") родственников, а влияние среды - обследованием их "приемных" родственников.

Такие исследования показали, что и шизофрения и маниакально-депрессивный психоз чаще встречались в биологических, а не в приемных семьях. Частота психических нарушений среди приемных, родственников больного ребенка оказалась такой же, как в общей популяции. Этот факт наряду с более высокой конкордантностью по этим заболеваниям у однояйцовых близнецов свидетельствует о роли генетических факторов в этиологии шизофрении и маниакально-депрессивного психоза, хотя и не исключает возможной роли факторов среды. Поскольку выражение гена осуществляется только через биохимические механизмы, значение генетических факторов в этиологии психических болезней является неопровержимым доказательством роли биохимических субстратов, хотя эти субстраты точно не идентифицированы.

Изучение биологических и приемных семей выявило важную роль генетического фактора при хроническом алкоголизме, при котором фактор среды, а именно алкоголь, играет очевидную роль, а также при самоубийствах, при которых несомненно играют роль разнообразные внешние влияния. Генетическими факторами таких заболеваний может объясняться то обстоятельство, что не каждый, кому случается пить спиртные напитки, становится алкоголиком, и что только немногие из людей, попавших во внешне безвыходные положения, кончают с собой.

Поскольку все негенетические этиологические факторы должны представлять собой факторы внешней среды, эта последняя категория охватывает широкий диапазон влияний, различных по качеству, силе и тем периодам жизни индивидуума, когда они проявляются. Такие факторы впервые начинают действовать в период внутриутробного развития. В сложных превращениях оплодотворенного яйца в новорожденного ребенка действуют химические и физические процессы, благодаря которым реализуется генетическая программа. Все виды недостаточности и нарушений внешней среды могут помешать этой реализации и нарушить нормальное развитие центральной нервной системы.

Электроэнцефалограмма больного эпилепсией (цветная): видна нормальная электрическая активность головного мозга до припадка, начало которого приблизительно соответствует средней точке цветных кривых. Их первая половина схожа с электроэнцефалограммой человека, не страдающего эпилепсией (черная). Каждая кривая является выражением того, как меняется во времени потенциал между двумя участками головы (обозначенными двумя буквами, которые соответствуют участкам на схеме). Под кривыми дана калибровка, на которой горизонтальная линия соответствует 1 секунде, а вертикальная - 200 микровольтам. Кривые зарегистрированы Р. Янгом (R. Young) из Гарвардской медицинской школы.

Многие формы церебрального паралича и умственной отсталости возникают как результат нарушений факторов среды, окружающей плод, или процесса родов. Если в первые три месяца беременности плоду передается от матери краснуха, это может привести к умственной отсталости и, возможно, к детскому аутизму. Если в мозг плода проникает цитомегаловирус, который широко распространен у взрослых и обычно безвреден, то у плода это может привести к глухоте и снижению интеллекта. Ядерная желтуха - желтуха плода, причиной которой является его несовместимость с матерью по резус-фактору, может привести к потере слуха, церебральному параличу и умственной отсталости, хотя благодаря диагностическим и профилактическим мерам частота таких осложнений резко снизилась. Установлено, что гормональные нарушения у матери и воздействие некоторых медикаментов и других посторонних веществ вызывают аномалии развития у плода. Весьма вероятно также, что недоедание или приверженность матери к алкоголю или наркотикам нарушает нормальное развитие мозга у плода.

Серьезной причиной заболеваний мозга в разные периоды жизни служат бактериальные инфекции, хотя борьба с инфекциями посредством антибиотиков позволила почти полностью искоренить многие тяжелые болезни, например общий паралич и острый психоз как осложнения сифилиса, а также менингит, или воспаление мозговых оболочек (часто со смертельным исходом) как последствие туберкулеза и других бактериальных инфекций.

Вирусные инфекции не излечиваются столь эффективно, как бактериальные, и иногда такие вирусные болезни, как корь, свинка, грипп и герпес, сопровождаются острым энцефалитом, часто со смертельным исходом. Полиомиелит - вирусное поражение мотонейронов - почти полностью ликвидирован благодаря созданию эффективных вакцин. Эпидемия гриппа, охвативная весь мир в 1918 г., оставила после себя несметное число людей, у которых постепенно развилась болезнь Паркинсона, характеризующаяся тяжелым нарушением регуляции движений. Данный штамм вируса гриппа "предпочитал" экстрапирамидную систему мозга. По-видимому, это первый зарегистрированный пример вирусной инфекции нервной системы, которая пребывала в латентном состоянии в течение нескольких лет, прежде чем оказала свое разрушительное действие.

В последнее время удалось выявить в этиологии некоторых других болезней латентные или медленно развивающиеся вирусные инфекции нервной системы. Примером служит куру - медленно развивающееся неврологическое заболевание, распространенное только среди небольшого племени в Новой Гвинее. Эта болезнь носит семейный характер, и потому ей приписывали генетическую природу, пока Д. Гайдушек (D. Gajdusek) не установил его вирусную этиологию.

Болезнь Крейцфельдта-Якоба - редко встречающаяся деменция (слабоумие) в среднем возрасте - еще одно медленно прогрессирующее вирусное заболевание. Болезнь Альцгеймера - более распространенный тип старческого слабоумия сходна с болезнью Крейцфельдта-Якоба по многим клиническим проявлениям. Несколько лабораторий занимаются проверкой предположения о вирусной этиологии болезни Альцгеймера. Вирус герпеса и цитомегаловирус служат примерами еще двух вирусов, которые могут годами находиться в организме в латентном состоянии, а затем проявиться неврологическими или психическими симптомами. Есть данные о вирусной природе некоторых форм шизофрении.

История психиатрии и невропатологии знает много случаев заболеваний мозга, вызванных разного рода токсинами. Сумасшедший Шляпник был не просто плодом воображения Льюиса Кэрролла, а введенной в повествование жертвой профессионального заболевания, распространенного в XVIII и XIX веках. Шляпники, подвергаясь ежедневно действию ртути, применяемой при изготовлении войлока, нередко страдали токсическим психозом. Известно, что и другие тяжелые металлы разрушают нервную систему. Марганец вызывает одну из форм паркинсонизма, а свинец разрушает периферические нервы и головной мозг. Свинцовое отравление у детей (главным образом, от заглатывания изготовленной на свинце краски) может привести к нарушению поведения и утрате способности к обучению.

В средние века хлеб из ржаной муки, зараженной спорыньей, вызывал "эпидемии сумасшествия". Как теперь известно, это паразитическое растение содержит несколько алкалоидов, которые оказывают огромное влияние на нервную систему. Синтетическим производным одного из них является сильно действующий галлюциноген LSD.

Кроме экзогенных ядов и лекарственных средств токсичными для мозга могут быть эндогенные вещества, которые вырабатываются в самом организме при тех или иных заболеваниях. Нелеченный диабет и тяжелая или смертельная почечная или печеночная недостаточность нередко сопровождаются появлением в организме токсичных веществ, которые вызывают спутанность сознания, бред и, в конце концов, кому. Порфирия представляет собой редкое расстройство обмена генетического происхождения, при котором образование порфирина нарушает умственную деятельность. Сумасшествие короля Георга III объясняют порфирией.

Хотя процессы иммунитета служат для защиты организма от инфекции, иммунная реакция иногда искажается, что приводит к различным расстройствам, в которые иногда вовлекается мозг. Самыми распространенными заболеваниями такого рода являются астма и сенная лихорадка. Такие болезни, как ревматический артрит, красная волчанка и другие коллагенозы также связаны с патологической иммунной реакцией, направленной против собственных нормальных тканей. Окончательно установлено, что такой аутоиммунный процесс лежит в основе myasthenia gravis - тяжелого нервно-мышечного расстройства, которое характеризуется приступами утомления и слабости мышц. Болезнь поражает нервно-мышечные соединения, где выделяется медиатор ацетилхолин, который действует на рецепторы мышечных клеток, запуская сокращение. Последние данные показывают, что при этой болезни аутоиммунный процесс нарушает функцию рецепторов и снижает эффективность нервно-мышечного соединения. Возможно, что причиной рассеянного склероза тоже является аутоиммунный процесс. Данные в пользу этого получены в лабораторном эксперименте на модели аутоиммунного заболевания, названного экспериментальным аллергическим энцефаломиелитом, который напоминает рассеянный склероз.

Наиболее распространенные болезни мозга связаны с недостаточным кровоснабжением. Потребность головного мозга в энергии - одна из самых высоких в организме. Мозгу требуется одна пятая всего объема крови, выбрасываемой сердцем, и одна пятая кислорода, потребляемого организмом в покое. Хотя известны и врожденные аномалии сосудов головного мозга, чаще всего встречается их атеросклеротическое поражение. Атеросклероз поражает не только сосуды мозга, но и сердца, почек и конечностей. Атеросклероз приводит к сужению просвета, а иногда к тромбозу сосуда, что создает постепенное или внезапное сокращение кровоснабжения какой-либо области мозга, нарушая ее функцию. Возможен также разрыв пораженного сосуда и кровоизлияние в ткань мозга. Симптомы тромбоза или кровоизлияния бывают весьма разнообразными в зависимости от того, какие области мозга поражены и какие процессы затронуты. Некоторые симптомы кровоизлияния являются результатом повышения внутричерепного давления, которое нарушает кровоток, смещает отделы мозга и искажает его архитектонику. Такое же действие могут оказывать опухоли и травмы головы.

Эпилепсия, характеризующаяся одновременной ритмической импульсацией большого числа нейронов, представляет собой нервно-психическое заболевание, этиология которого остается пока неясной. Один из видов эпилепсии возникает в результате формирования на поверхности мозга рубца, как следствия травмы или инфекции. Рубцовая ткань служит очагом патологической электрической активности, которая распространяется по обширной области соседних нормальных нейронов. Однако в большинстве случаев эпилепсии никаких рубцов или других повреждений не обнаруживается. Для этих случаев накапливается все больше данных о химической природе дефекта, который касается одного или нескольких медиаторов, в частности ГАМК, - главного тормозного медиатора в центральной нервной системе.

Что касается наиболее часто встречающихся психозов - шизофрении и маниакально-депрессивного психоза, - то их этиология еще не выяснена. В тяжелой классической форме они могут быть сходны с органическими поражениями мозга. Отдельные симптомы или весь синдром психического заболевания иногда обнаруживается на ранних стадиях хорошо известной нервной болезни - хореи Гентингтона.

Полиомиелит - вирусная инфекция мотонейронов - почти ликвидирован благодаря созданию специфических вакцин. А. На электронной микрофотографии показана нормальная клетка из переднего рога спинного мозга макака-резуса; для нее характерны крупные тельца Ниссля в цитоплазме, центральное положение ядра и диффузно рассеянный в нем хроматин. Б. Необратимо поврежденная клетка из спинного мозга обезьяны на поздней стадии полиомиелита. Микрофотографии получены Д. Бодиеном (D. Bodian) из Медицинской школы Джонса Гопкинса.

О химической природе психических болезней яснее всего говорят упомянутые мною исследования, которые выявили значение генетических факторов в этиологии психозов. Биохимические процессы, лежащие в основе выражения соответствующих генов, точно не установлены, хотя имеются определенные сведения о том, что они протекают на уровне некоторых синапсов головного мозга. Фармакологические препараты,действующие на мозг, способны смягчить симптомы депрессии и шизофрении, но могут также и вызвать их. Такие препараты оказывают специфическое действие на синаптические процессы. Препараты, которые удаляют из синапсов определенные медиаторы (дофамин, норадреналин и серотонин), вызывают депрессию, тогда как все препараты, применяемые для лечения клинической депрессии, обычно повышают содержание этих медиаторов или усиливают их действие. Гипотеза, согласно которой некоторые формы депрессии возникают вследствие недостатка этих медиаторов или других, взаимодействующих с ними, представляется вероятной, и в ее пользу говорят исследования метаболитов в моче и спинномозговой жидкости.

Кроме того, известно, что все медикаменты, снимающие симптомы шизофрении, ослабляют активность дофаминовых синапсов; тогда как фенамин, который вызывает токсический психоз, очень близкий к шизофрении, повышает уровень дофамина в этих синапсах. Прямых доказательств избыточного содержания дофамина в мозгу больных шизофренией у нас нет; вполне возможно, что существуют другие факторы, дающие такой же эффект, как избыток дофамина; таким фактором могла бы быть чрезмерная чувствительность дофаминовых рецепторов или недостаточная активность другого медиатора, который в норме противодействует дофамину. Все это необходимо еще исследовать.

В этиологии психических заболеваний важную роль безусловно играют психологические и социальные факторы. Нет сомнения в том, что такие влияния изменяют проявления, тяжесть, длительность и течение этих болезней и во многих случаях вызывают их. Выдвинуто несколько вероятных гипотез относительно возможного взаимодействия между факторами среды и биологическим предрасположением к психической болезни. К внешним влияниям, которые играют некоторую этиологическую роль в психических заболеваниях, относятся, помимо психологических факторов, физиологические сдвиги в предродовом периоде и при родах, инфекции и некоторые токсины. Такие влияния имеют разное социальное распределение. Они чаще наблюдаются у представителей бедных слоев общества в связи со скученностью, плохими гигиеническими условиями и недостаточной медицинской помощью. Известно, что среди бедняков, живущих в больших городах, шизофрения встречается вдвое чаще, чем в общей популяции.

Успешное лечение или предупреждение того или иного заболевания мозга во многом определяется тем, что о нем известно. Симптомы опухоли, или атеросклероза кровеносных сосудов, можно иногда смягчить паллиативными воздействиями, но более специфическое лечение или профилактика болезни требует понимания механизмов, лежащих в ее основе. Болезнь Паркинсона, проявления которой делают инвалидами около 50000 американцев в год, может служить хорошим примером того, как знание нейробиологических процессов, вызывающих определенную болезнь, дает возможность создать успешный метод ее лечения. В прежние времена это прогрессирующее хроническое заболевание означало для его жертв смерть или тяжелую инвалидность. Болезнь начинается с непроизвольной дрожи в руках. Атаксичесхий тремор распространяется на все конечности, шею и челюсть. Спина деревенеет, мышцы становятся ригидными, походка странной, шаркающей. На терминальных стадиях больной прикован к постели.

В работе А. Карлсона (A. Carlson) из Гетеборгского университета и О. Хорникевича (О. Hornykiewicz) из Венского университета обнаружено, что причина этой болезни лежит в прогрессирующем разрушении нейронных связей, для которых характерен медиатор дофамин. Следствием этого, как было установлено, является нехватка дофамина в синапсах проводящих путей полосатого тела, - структуры, которая лежит близ середины мозга и модулирует движение.

Эти сведения позволили исследователям разработать эффективное лечение. Было известно, что, хотя сам дофамин не проникает через гематоэнцефалический барьер, для его химического предшественника L-ДОФА этот барьер проходим. Препарат L-ДОФА после приема внутрь (через рот) попадает из кишечника в кровоток и достигает головного мозга, где захватывается и преобразуется в дофамин. При клинических испытаниях больших доз L-ДОФА Дж. Котциас (G. Cotzias) из Национальной лаборатории в Брукхевене установил выраженное смягчение симптомов болезни. Терапевтические дозы L-ДОФА довольно высоки (до 8000 мг в день), что вызывает возникновение многочисленных побочных эффектов. Недавно разработаны модифицированные формы лечения, которые не дают серьезных осложнений.

Эффективная терапия болезни Паркинсона - одна из самых крупных побед медицины, основанных на фундаментальных исследованиях в области биохимии и нейробиологии. Но даже до того, как становится понятным механизм заболевания мозга, иногда случайно удается открыть способ его эффективного лечения. Так было с антидепрессантами и антипсихотическими лекарственными препаратами, которыми ознаменовалось развитие психофармакологии и которые произвели революцию в психиатрии. Понимание того, как эти препараты действуют на химические синапсы, облегчает создание более эффективных лекарственных средств с меньшим побочным действием. Эпилепсия, причины и механизмы которой еще неизвестны, успешно лечится дилантином - препаратом, который был открыт в результате систематического поиска с применением электрофизиологических методик.

По мере того как в процессе тщательных исследований и накопления фундаментальных знаний растет понимание конкретных болезней, создаются новые способы их лечения и в конце концов методы их предупреждения. Так произошло с такими инфекционными заболеваниями мозга, как полиомиелит, менингит и некоторые виды энцефалита, когда установление этиологического агента сделало возможными профилактическую вакцинацию и терапию, антибиотиками. Еще раньше так было с пеллагрой. Есть основания надеяться, что то же самое произойдет с теми болезнями мозга, которые пока еще окутаны тайной.

Ф. КРИК

Мысли о мозге

Раздумывая о себе самом, человеческий мозг открыл некоторые поразительные факты. Чтобы понять, как он работает, очевидно, нужны новые методики его исследования и новая система понятий

В предыдущих статьях этого издания читатель, вероятно, видел, как мозг изучается на многих уровнях - от молекул в его синапсах до сложных форм поведения - и путем различных подходов - химического, анатомического, физиологического, эмбриологического и психологического - к нервной системе разнообразных животных, от примитивных беспозвоночных до самого человека. И все же читатель, вероятно, заметил также, что, несмотря на непрерывное накопление детальных сведений, то, как работает человеческий мозг, по-прежнему окутано глубокой тайной. Издатели "Scientific American" попросили меня как новичка в нейрофизиологии сделать некоторые общие замечания о том, как воспринимает эту проблему сравнительно посторонний наблюдатель. Я интересуюсь нейробиологией более 30 лет, но только последние года два пытаюсь заняться ею серьезно.

Зрительная кора ночной обезьяны служит примером того, как кора больших полушарий образует "карту" из областей, геометрически связанных с их функциями. В коре этого животного левое полушарие состоит из девяти областей, которые представляют собой организованные в соответствующем порядке карты поля зрения обезьяны (и трех областей, которые отвечают на стимулы, лежащие в поле зрения, но, по-видимому, не воспроизводят его в определенном порядке). А. На весьма схематичном изображении зрительная кора, занимающая заднюю треть коры больших полушарий, развернута таким образом, что ее можно видеть сверху. Геометрические отношения между полем зрения и разными участками зрительной коры были установлены в электрофизиологических опытах, где посредством микроэлектродов, введенных в зрительную кору, регистрировали ответы небольших групп нейронов на стимулы, предъявляемые в определенных участках поля зрения. Б. Здесь показана правая половина поля зрения. Квадратами обозначен ее горизонтальный меридиан, кружками вертикальный, а треугольниками - крайняя периферия поля. Эти символы наложены на те участки мозга, которые реагируют на части поля, представленные символами. Девять организованных зрительных областей следующие: первая зрительная (Зр 1), вторая зрительная (Зр 2), дорсолатеральный серп (ДЛ), медиальная височная (MB), дорсальная промежуточная (ДП), дорсомедиальная (ДМ), медиальная (М), задняя вентральная (3В), передняя вентральная (ПВ). Три, по-видимому, неорганизованные зрительные области следующие: задняя теменная (ЗТ), височно-теменная (ВТ) и нижнетеменная (НТ). Плюсы обозначают верхнюю часть поля зрения, минусы нижнюю часть. В. На дорсолатеральной поверхности мозга показано положение левого полушария и зрительных областей в нем. Картирование коры ночной обезьяны произвел Дж. Олмен (J. Allman) из Калифорнийского технологического института и И. Каас (J. Kaas) из Университета Вандербильта.

Приступая к новой дисциплине, полезно попытаться отделить те вопросы, которые хотя еще далеко не разгаданы, но по крайней мере могут, по-видимому, быть изучены тем или иным обычным способом, - от таких, для которых в настоящее время даже в общих чертах не предвидится готового объяснения. (Именно такой анализ привел нас с Дж. Уотсоном к поискам структуры ДНК.) К первой категории я бы отнес такие вопросы, как химическая и электрическая природа нейронов и синапсов, привыкание и сенситизация одиночных нейронов, действие медикаментов на нервную систему и т. д. Собственно говоря, я включил бы сюда почти всю нейроанатомию, нейрофармакологию и значительную часть нейрофизиологии. Даже развитие мозга не представляется мне по существу таинственным, несмотря на то что мы ничего не знаем о тех конкретных процессах, которые протекают в развивающемся эмбрионе.

В то же время некоторые функции человека, как мне кажется, недоступны пониманию на современном уровне наших знаний. Мы чувствуем, что есть нечто трудно объяснимое, но мы почти не в состоянии ясно и четко выразить, в чем состоит трудность. Это наводит на мысль, что весь наш способ мышления о таких проблемах, возможно, ошибочен. Из таких проблем я бы выдвинул на передний план восприятие, хотя другие, может быть, заменили бы его пониманием, воображением, волей или эмоциями. Все они имеют то общее, что составляет часть нашего субъективного опыта и что в них, вероятно, принимает участие множество сложно взаимодействующих нейронов.

Для того чтобы постичь эти высшие уровни нервной деятельности, очевидно хорошо было бы узнать как можно больше о более низких уровнях, особенно тех, которые доступны прямому эксперименту. Но само по себе такое знание еще недостаточно. Представляется несомненным, что мы должны рассмотреть теории, которые касаются непосредственно переработки информации в больших и сложных системах, будь то информация, поступающая от органов чувств, или инструкции, посылаемые мышцам и железам, или же поток информации, содержащийся в обширной нервной активности между этими двумя крайними членами.

Причина, по которой я выдвигаю на первый план восприятие и, в частности, зрительное восприятие, состоит в том, что, как ясно показывают Д. Хьюбел и Т. Визель (см. "Центральные механизмы зрения"), оно более доступно прямому эксперименту. Кроме того, наш внутренний образ внешнего мира и точен и ярок, что неудивительно, поскольку человек относится к животным, у которых зрение особенно хорошо развито. Чувство обоняния у человека, напротив, гораздо более смутное. Любопытно, что во многом зрительный образ строится способами, требующими от нас лишь незначительных усилий. Когда мы пытаемся думать об истинно трудных задачах, мы обычно выбираем что-нибудь вроде шахмат или математики, или изучения иностранного языка. Мало кто осознает, каким поразительным достижением является сама по себе способность видеть. Главный вклад в сравнительно новую область искусственного интеллекта состоял не столько в решении проблем обработки информации, сколько в том, чтобы показать, как невероятно трудны эти проблемы. Когда задумаешься над тем, какие расчеты должны быть произведены для опознания даже такой обычной картины, как человек, переходящий улицу, то поражаешься тому, что такое необыкновенное число последовательных детальных операций может быть осуществлено без всякого усилия за такое короткое время.

Создание более крупных, более быстрых и более дешевых компьютеров достижение, еще далекое от конечной цели, - дало нам некоторое представление о том, чего можно достичь быстрым вычислением. К сожалению, аналогия между компьютером и мозгом хотя и полезна в некоторых отношениях, но может и ввести в заблуждение. В компьютере информация обрабатывается при быстром темпе импульсов и последовательно. В мозгу темп гораздо медленнее, но информация может быть обработана параллельно в миллионах каналов. Детали современной вычислительной машины очень надежны, но исключение одной или двух из них может нарушить все вычисление. По сравнению с ними нейроны мозга несколько ненадежны, но порча даже немалого их числа вряд ли приведет к сколько-нибудь заметному изменению поведения. Компьютер работает по строго двоичному коду, мозг же пользуется менее точными способами сигнализации. Зато он, по-видимому, приспосабливает сложными и тонкими приемами число и эффективность своих синапсов к тому, чтобы его операции соответствовали прошлому опыту. Поэтому не удивительно, что, хотя компьютер точно и быстро производит длинные и запутанные арифметические вычисления - в чем человек довольно слаб, - человек способен опознавать изображения такими приемами, к которым ни один из современных компьютеров еще и не начал приближаться.

Было бы не слишком удивительно, если бы орудием теоретического подхода к таким проблемам оказалась теория информации. Пока что применение ее к зрительному восприятию ограничивалось главным образом ранними этапами зрительного пути. Так, например, для объяснения того, как информация, посылаемая по ограниченному каналу (такому, как зрительный нерв), может в принципе быть представлена более подробно в зрительной коре головного мозга, из области обработки информации были взяты теорема отсчетов и метод пересечения нуля (по Логану). Кроме того, Д. Марр (D. Магг) из Массачусетского технологического института схематически представил ход вычислительных операций, какие должен выполнить мозг, чтобы мы видели предметы так, как мы это делаем. Это дало нам представление о сложности проблемы, но пока что не привело к сколько-нибудь значительному выяснению действующих механизмов. В частности, до сих пор мы не располагаем каким-либо описанием сознательного восприятия, которое осветило бы наш непосредственный опыт такого восприятия. Как можно полагать, такие феномены основаны на том, что пути вычислений действуют каким-то образом сами на себя, но как именно это происходит, неизвестно. Поскольку эта центральная проблема ускользает от решения, нам остается только обратиться к более локальным и частным вопросам в надежде, что, трудясь над их решением, мы натолкнемся на правильный подход к более сложным глобальным проблемам.

Какой, в общем смысле, аппарат дает мозгу возможность выполнять свою замечательную деятельность? Число компонентов (нейронов) в мозгу составляет, вероятно, около 1011. Число синапсов, или контактов между нейронами, равно, возможно, 1015. В среднем на каждом нейроне имеется несколько тысяч отдельных входов, и он сам посылает связи ко многим другим нейронам. Физическое распределение большинства компонентов не особенно отчетливое. Дендриты, или короткие волокна, соседних нейронов сложно переплетены, хотя обычно они не соприкасаются друг с другом. Между дендритами ветвятся аксоны, или длинные волокна нейронов; многие из них часто обладают тысячами контактов. Монтажная схема таких волокон, если бы возможно было ее создать, разумеется, была бы весьма запутанной.

Как пробираться через эти немыслимые джунгли? Традиционный способ состоит в том, что удаляют части мозга и смотрят, как меняется поведение. Это можно проделать на экспериментальных животных, хотя лишь немногие операции достигают желаемой точности. Над людьми такие "опыты" вопреки нашему желанию совершают инсульты, опухоли и травмы, но в этих случаях трудно точно определить характер и степень повреждения. Тем не менее такие "опыты" принесли много ценных сведений. Возникают два важных вывода. Первый состоит в том, что разные области мозга выполняют разную работу. Нарушения деятельности мозга вследствие повреждения одной области часто совсем иные, чем нарушения, возникающие при повреждении другой. Второе заключение несколько неожиданно. Некоторые опыты показывают, что мозг перерабатывает информацию способами, совершенно отличными от тех, какие можно было бы предполагать. Такие процессы, как узнавание букв и узнавание цифр, которые, казалось бы, должны протекать в одном и том же месте, по-видимому, осуществляются в разных местах. Справедливо и обратное: некоторые процессы, представляющиеся раздельными, нарушаются при повреждении одной и той же области.

Это приводит нас к одному из самых серьезных предостережений, какое должен принять исследователь мозга. На всех уровнях нас вводит в заблуждение наша интроспекция. Это относится не только к сложным процессам, но и к процессам, которые представляются простыми. Человек, не размышлявший о таких вещах, возможно, полагает, что видит в деталях одновременно все части зримого мира. Хотя он и знает, что те предметы, на которые он смотрит "краем глаза", видны не очень четко, но не отдает себе отчета в том, насколько в действительности узко то окно ясного видения, через которое он создает себе большую часть картины внешнего мира. Поскольку движением глаз человек по желанию выделяет детали в любой части видимого мира, у него создается впечатление, что она "все время перед ним".

Быть может, наиболее яркой иллюстрацией сказанного служит наличие слепого пятна в каждом глазу. Далеко не все осознают его присутствие, хотя это легко доказать. Примечательно, что в нашем поле зрения мы не видим дыры. Происходит это отчасти потому, что у нас нет способов обнаружить ее края, а отчасти потому, что мозг заполняет дыру зрительной информацией, получаемой из ее ближайшего окружения. Наша способность к самообману по поводу работы собственного мозга почти безгранична, главным образом потому, что часть, о которой мы можем сообщить, составляет лишь ничтожную долю того, что происходит у нас в голове. Вот почему философия в значительной части бесплодна уже более 2000 лет и, вероятно, останется такой же, пока философы не научатся понимать язык переработки информации.

Это не значит, однако, что следует вовсе отказаться от изучения нашей умственной деятельности путем интроспекции, как это попытались сделать бихевиористы. Поступить так, значило бы устранить один из наиболее значительных атрибутов того, что мы стараемся изучить. Но факт тот, что никогда нельзя принимать на веру свидетельства интроспекции. Им следует давать объяснения иные, чем только те, которые дает она сама.

Основная проблема состоит в том, что почти всякий процесс, который можно изучать, наблюдая общее поведение (например, чтение), включает сложное взаимодействие многих областей мозга, каждая из которых перерабатывает информацию по-своему. Мы знаем только в самых общих чертах, как распознать и классифицировать эти разные области. Хотя наши сведения о том, как они взаимосвязаны, быстро расширяются, но ни качество, ни количество этих сведений еще далеко не достаточны. Кроме того, мы редко знаем, какую операцию производит каждая область, т.е. как соотносятся выходы с входами, а в некоторых случаях мы даже не имеем ни малейшего представления о том, что происходит.

В этом лежит главная причина того, почему по мерке строгой науки чистая психология довольно бесплодна. Это не значит, что она не может быть количественной. Одна ее отрасль, довольно забавно именуемая психофизикой, безусловно, использует количественный подход и притом часто разумно и с воображением. Основная трудность состоит в том, что психология пытается обращаться с мозгом, как с черным ящиком. Экспериментатор изучает входы и выходы и из полученных результатов старается вывести структуру и операции внутри ящика. Такой подход необязательно плох. Многие годы предмет генетики был черным ящиком. Она старалась, не без известного успеха, вывести структуру и функцию генетического материала из изучения результатов выведения животных и растений. И, действительно, немало хорошего в биологии создано методом черного ящика. Это возможно на любом уровне. Для предыдущего поколения биохимиков фермент был черным ящиком. В наше время многие энзимологи изучают структуру фермента с целью связать ее с его поведением. То, что для одного является черным ящиком, для другого составляет задачу исследования.

Трудность подхода, исходящего из принципа черного ящика, состоит в том, что если только ящик по сути своей не совсем прост, то скоро наступает стадия, когда наблюдаемые результаты одинаково хорошо объясняются несколькими соперничающими теориями. Попытки выбрать одну из них часто оказываются безуспешными, поскольку по мере проведения новых опытов выявляются все большие сложности. И если вопрос тем или иным способом должен быть решен, то здесь нет иного выбора, как постучаться внутрь ящика.

То, что мы знаем о мозге - как это здесь показано, - говорит нам о двух вещах. Мозг явно настолько сложен, что возможности предсказывать его поведение только на основании изучения его частей еще слишком далеки, чтобы стоило принимать их во внимание. Эта же сложность служит нам предостережением, что если применяемый чистой психологией подход по принципу черного ящика не потерпит поражения, то это будет для него большой удачей. Психология необходима. Что делает организм в действительности, мы можем узнать, только наблюдая его. Однако одна только психология скорее всего окажется бесплодной. Она должна сочетать изучение поведения с параллельным исследованием того, что происходит внутри мозга. Хорошим примером служит исследование Р. Сперри и его сотрудников из Калифорнийского технологического института, проведенное у больных с "расщепленным мозгом", у которых нарушены связи между двумя полушариями большого мозга. Другим примером является применение дезоксиглюкозы для введения метки в те участки мозга, в которых уровень активности выше среднего, когда подопытное животное выполняет какую-нибудь задачу. Таким образом, изучение нейроанатомии и нейрофизиологии может сочетаться с исследованиями поведения. Мы должны изучать и структуру, и функцию, но изучать их внутри черного ящика, а не только снаружи.

Новичок в таких вопросах бывает рад, когда, отпрянув в ужасе от сложностей нейроанатомии, он потом обнаруживает, что этот предмет в последнее время стал одним из самых захватывающих в нейробиологии. Это объясняется тем, что хотя, вообще говоря, схема соединений мозга очень запутанна, но работы последнего времени показали, что эти соединения гораздо более упорядоченны, чем можно было думать

всего несколько лет назад. Такой переворот произошел в значительной мере благодаря новым экспериментальным методикам, пришедшим из биохимии, в частности благодаря использованию аминокислот, меченных радиоактивными изотопами, и фермента пероксидазы хрена для прослеживания связей, а также благодаря использованию меченой дезоксиглюкозы для тех участков, где нейроны особенно активны. Кроме того, плодотворным оказалось применение специфических антител для "окраски" определенного класса нейронов. Есть надежда, что эффективная новая методика моноспецифических (моноклональных) антител, которую только начали применять, даст еще больше для классификации нейронов по типам, имеющим определенное значение, и для обнаружения их трехмерного распределения. Однако задачи эти столь грандиозны, что, как можно сказать с большой долей уверенности, без разработки еще и других новых методов движение вперед будет медленным. Резкий подъем молекулярной биологии оказался возможным благодаря продуманным поискам новых методов (например, методов быстрого определения последовательности оснований в ДНК).

Подобно нейроанатомии нейрофизиология неуклонно развивается, особенно с тех пор, как появилась возможность регистрировать импульсацию отдельных нейронов, а не групп клеток. Хорошим примером этого служит классическая работа Хьюбела и Визеля на зрительной коре. Однако можно предполагать, что и здесь нужно будет изменить темпы. В частности, возможно, понадобится отводить активность многих нейронов одновременно и независимо друг от друга, используя для этого новые возможности, какие дает нам микроэлектроника. Это позволило бы также более эффективно изучать ответы на более сложные комбинации стимулов, например ответ на две или три параллельные линии в поле зрения, а не только на одну.

Как в нейроанатомии, так и в нейрофизиологии накопление новой информации идет медленно по сравнению с общим ее количеством, содержащимся в системе. Поэтому важная роль теоретической нейробиологии состоит не просто в попытках создать правильные и детальные теории нервных процессов (что может оказаться очень трудной задачей), но и в том, чтобы указать, какие свойства полезнее всего изучать и в особенности измерять, чтобы понять, какого рода теория требуется. Бесполезно требовать невозможного, например точной схемы соединений в одном кубическом миллиметре ткани мозга или определения характера импульсации всех нейронов в нем. Задача в том, чтобы установить, какая легко доступная информация была бы самой полезной, а также (что труднее), какие данные можно получить в разумные сроки, если ввести осуществимые новые методики. Иногда ясная формулировка требования - это уже полдела для понимания того, как его выполнить. Например, цены бы не было методике, которая позволила бы вводить в нейрон вещество, способное четко окрасить все связанные с ним нейроны и только их. То же самое относится к методу, при помощи которого можно было бы инактивировать все нейроны строго одного типа, сохраняя все остальные более или менее неизмененными.

Как далеко все это привело нас в настоящее время? Помещенные в данном выпуске статьи дают хорошее общее представление о достигнутых успехах. Чего заметно не хватает, так это широких идейных рамок, в пределах которых можно интерпретировать все эти различные подходы. В таком состоянии находились биохимия и генетика до того, как произошла революция в молекулярной биологии. Дело не в том, что большинство нейробиологов не имеют какого-либо общего представления о том, что происходит. Беда в том, что представление это не сформулировано точно. Стоит притронуться к нему, как оно разваливается. Если привести лишь несколько примеров, то природа восприятия, нейронные корреляты долговременной памяти, функция сна - все они носят такой характер.

Как же в таком случае следует строить общую теорию мозга? На ее пути стоят, по-видимому, три важных ограничительных условия. Первое - это природа физического мира. Повседневный мир, в котором мы живем, не является чем-то аморфным и беспорядочным. Он состоит из предметов, которые обычно занимают определенное пространство и которые, хотя и перемещаются относительно других предметов, сохраняют свои размеры и форму. Зрительно предмет обладает поверхностями, очертаниями, цветом и т. п. Он может испускать звук или запах. Не вникая в детали, безусловно можно ожидать, что какова бы ни была переработка информации, поступающей в мозг, она будет связана с инвариантами и полуинвариантами во внешнем мире, доступными органам чувств.

Эксперимент показывает, что так это и происходит, притом часто неожиданным образом. Хорошим примером является такого рода восприятие цвета, какое показано в опытах Э. Ленда (Е. Land). Можно было бы думать, что когда дело идет о большом цветном пятне, то воспринимается окраска света, который действительно исходит от пятна и падает на сетчатку. На самом же деле цвет в большинстве случаев создается сочетанием окраски света, падающего на предмет, и света, отражаемого поверхностью предмета. Как это ни удивительно, мозг способен извлекать эту последнюю информацию из поступающих зрительных сигналов. Она может в значительной степени компенсировать характер падающего света. То, что мы воспринимаем, больше соответствует отражению от поверхности, которое является свойством самого предмета.

Поразительная демонстрация такого рода феномена проводится в Эксплораториуме в Сан-Франциско, хотя в этом случае поверхности имеют разные оттенки серого - от почти белого до совершенно черного. Освещение, источник которого скрыт, здесь неровное - оно гораздо сильнее в нижней части экспозиции, чем в верхней. Один участок внизу выглядит очень черным, другой участок наверху кажется почти белым. С помощью узких трубок эти участки можно рассматривать каждый по отдельности. И если смотреть в них таким образом, то видно, что оба участка имеют в точности один и тот же оттенок серого. Когда моя жена - художница - у видела этот экспонат, она была поражена и заявила, что это фокус. Она не отдает себе отчета в том, что в известном смысле все, что она видит, это фокус, который показывает ей ее мозг.

Второе ограничительное условие налагается биохимией, генетикой и эмбриологией. Нервная система сделана не из металла или неорганических полупроводников, а из специализированных клеток. Импульс, бегущий по аксону, движется с умеренной скоростью по сравнению со скоростью света (даже несмотря на то, что нейрон может при помощи разных фокусов ускорять его движение); это ограничение налагается на него биохимией. Хотя важную роль в нейронной активности играют такие неорганические ионы, как натрий и калий, не вызывает удивления тот факт, что передача нервного импульса от одного нейрона к другому производится мелкими органическими молекулами, потому что многие такие молекулы синтезируются с легкостью. Удивительно то, что один и тот же медиатор действует в столь многих различных местах - ограничительное условие, вероятно, налагаемое эволюцией.

Дальний конец аксона находится далеко от ближайшего пункта синтеза белка (не считая митохондрий внутри аксона), и это обстоятельство может налагать ограничения на скорость, с которой в нем происходят некоторые биохимические изменения. Вероятно, существуют одни типы нейронных цепей, с которыми организм справляется сравнительно легко, и другие, которые для него непосильны. Насколько мы знаем, генам высшего животного может быть трудно придавать схеме нейронных связей большую точность, особенно если в схеме участвует очень много клеток. Например, точного распределения связей, необходимого для правильного стереоскопического зрения, трудно достичь без того благотворного влияния, какое оказывает некоторый контакт с реальным внешним миром, может быть, потому, что системы, связанные с двумя глазами, вероятно, не могут быть построены с требуемой точностью.

Возможны и другие ограничения. Как предположил много лет назад Г. Дэйл, нейрону, по-видимому, трудно так устроить свои дела, чтобы одна веточка его аксонного дерева выделяла один медиатор, а другая - другой. Этот принцип, возможно, лежит в основе случая, описанного Э. Кэнделом в настоящем выпуске (см. статью "Малые системы нейронов"), когда медиатор, продуцируемый одной и той же клеткой, возбуждал одни клетки, тормозил другие и оказывал смешанное влияние на клетки третьего типа.

Третье ограничительное условие налагается математикой, в частности теорией связи. На первый взгляд может показаться, что некоторые такие результаты противоречат ожиданиям. При известных обстоятельствах распределение, или общая структура (pattern), прекрасно воссоздается на основе небольшой выборки, если производить ее через правильные промежутки. Информация может быть заложена в память в распределенной форме подобно голограмме таким образом, что извлечение части хранимой информации не устраняет какой-либо части картины, хотя снижает до некоторой степени качество всей картины.

Возникает искушение ввести четвертое ограничительное условие, но опыт показал, что оно ненадежно. Это условие налагается эволюцией. Несомненно, все организмы и их компоненты образовались в результате долгого эволюционного процесса, и это обстоятельство никогда нельзя забывать. Однако неразумно было бы угверждать (разве только в самых общих выражениях), что эволюция не могла сделать того-то или должна была сделать то-то. Биолог должен руководствоваться хорошим рабочим правилом, что эволюция гораздо умнее его. Это не значит, что сравнительные биологические исследования не могут показать, что определенная структура часто связана с определенной функцией. Таксономическое сопоставление результатов эволюции может привести к полезным предположениям, но такие предположения всегда должны быть подтверждены прямым экспериментом.

Как бы то ни было, но первые три ограничительных условия мы понимаем лишь частично. Процесс разложения окружающего нас мира на его существенные признаки не всегда протекает прямолинейно. Многие важные вопросы эмбриологии еще не получили ответа. Теория информации - сравнительно новая отрасль знания. Поэтому, хотя и есть возможность получать какие-то наводящие указания, рассматривая все три условия, исследователь редко встречается с таким обилием ограничений, что это практически позволило бы сделать выбор между теориями. Существует так много способов, какими наш мозг мог бы перерабатывать информацию, что без существенной помощи прямых экспериментальных фактов (а они обычно малочисленны) мы вряд ли сделаем правильный выбор.

Существуют ли какие-то идеи, которых следует избегать? Я думаю, что одна, по крайней мере, есть - это идея гомункулуса. Недавно я пытался разъяснить одной умной женщине проблему, которая состоит в том, как понять, что мы вообще воспринимаем что бы то ни было, но мне это никак не удавалось. Она не могла понять, в чем тут проблема. Наконец, в отчаянии я спросил ее, как она сама считает, каким образом она видит мир. Женщина ответила, что, вероятно, где-то в голове у нее есть что-то вроде маленького телевизора. "А кто же в таком случае, - спросил я, - смотрит на экран?" Тут она сразу же поняла, в чем проблема.

Большинство нейробиологов считает, что в мозгу нет гомункулуса. К несчастью, легче констатировать ошибку, чем не впасть в нее. Это происходит потому, что мы несомненно питаем иллюзию существования гомункулуса - нашей личности. Вероятно, сила и прочность этой иллюзии имеют свои основания. Возможно, она отражает некоторые аспекты общего управления мозгом, но какова природа этого управления, мы еще не узнали.

Следовало бы избегать еще одной общей ошибки. Ее можно было бы назвать "ошибкой премудрого нейрона". Представим себе нейрон, который посылает сигнал на некоторое расстояние по своему аксону.

Что этот сигнал сообщает воспринимающему синапсу? Сигнал, разумеется, закодирован частотой нервных импульсов, но что означает его сообщение? Легко усвоить привычку считать, что оно содержит в себе больше, чем это есть в действительности.

Возьмем, например, нейрон в зрительной системе, который считается цветочувствительным. Предположим, что лучше всего он разряжается при стимуляции пятнышком желтого света. Мы склонны думать, будто он сообщает нам, что свет в этой точке желтый. Однако на самом деле это не так, потому что большинство рецепторов цвета имеют широкую кривую ответов и генерируют импульсы - во всяком случае, в известной степени - в довольно широком диапазоне длин волн. Поэтому данная частота импульсации может быть вызвана и слабым желтым и сильным красным светом. Кроме того, на импульсацию данного нейрона могли повлиять объем движения светового пятна и его точные форма и размеры. Короче говоря, множество разных, хотя и связанных между собой входов вызовут импульсацию одной и той же частоты.

Поскольку относящийся к данному стимулу сенсорный вход в нейрон обладает многими признаками, а выход (грубо говоря) только один, то информация, передаваемая одним нейроном, обязательно неоднозначна. Однако следует иметь в виду, что мы можем, кроме того, извлечь информацию, сравнивая импульсацию одного нейрона с импульсацией другого или нескольких других нейронов. Посредством одного только типа рецепторов (палочек) мы вовсе не можем воспринять цвет, а видим только оттенки серого. Чтобы свет в нашем восприятии был окрашен, нужно не меньше двух типов рецепторов, причем у каждого из них кривая ответов на разные длины волн отличается от кривой для другого нейрона. Опытами показано, что это именно так: мы можем воспринимать цвет палочками при участии хотя бы одного типа колбочек.

Следует иметь в виду, что это соображение относится не только к цвету. Одиночный "детектор границы" в действительности не сообщает нам о наличии границы. Он обнаруживает, говоря приблизительно, "свойство границы" во входных сигналах, т. е. особого типа неоднородность изображения на сетчатке, которая может быть создана многими разными предметами. Одна из задач теоретической нейробиологии состоит в том, чтобы постараться превратить такие неопределенные понятия, как "свойство границы", в математически точные описания.

Это общее соображение относится ко всем уровням нервной системы. Оно ясно показывает, почему для извлечения полезной информации из входной нервной активности нам нужно перерабатывать ее столь многими различными способами.

Но все же, нельзя ли нарисовать некую общую картину переработки информации? Пожалуй, легче всего это сделать, рассматривая зрительную систему и, в частности, зрительную кору большого мозга. На первый взгляд, карта зрительных ответов в стриарной коре (поле 17) представляет собой топологически соответствующую картину половины поля зрения. Но надо сказать, что картина эта определенным образом искажена: большая ее часть соответствует центральной области сетчатки с ее высокой остротой зрения (центральной ямке) и меньшая часть - периферии. Тем не менее эта карта достаточно упорядочена и довольно точна.

Более внимательное рассмотрение показывает, что дело обстоит не так просто. Входы от левого глаза переплетаются в форме полос со входами от правого глаза. Кроме того, каждый глаз обладает входами трех разных типов (от латерального коленчатого тела): один - для Y-клеток сетчатки (которые дают довольно короткие ответы) и остальные два входа - для Х-клеток. Кроме того, .имеются мощные входы от таких образований, как подушка, а также от других областей зрительной коры. Выходов тоже много. От этого поля идет не один выход, а множество, отчасти к нейронам, образующим карты в других зрительных областях, и отчасти к подкорковым областям, в том числе сравнительно крупный выход обратно к латеральному коленчатому телу, откуда первоначально пришли многие входы. Таким образом, этот участок коры представляет собой область множественных входов и множественных выходов. Каждый вход или выход включает множество отдельных аксонов (миллионы), распространяющихся по всей области.

Какую переработку информации выполняет стриарная кора (первичная зрительная область)? Как показано в статье Хьюбела и Визеля, главная функция стриарной коры состоит в ответах на разную ориентацию форм в поле зрения. В каждой "колонке" стриарной коры нейроны отвечают только на одну ориентацию, хотя их ответ может относиться к любому из множества типов. Преобразованная таким образом входная активность затем направляется в другие пункты.

Как широко процесс обработки информации распространяется по коре в разные стороны? Поразительно, что он весьма локален. За пределами нескольких миллиметров уже сравнительно мало взаимосвязей, если не считать аксонных связей диффузного характера, идущих от ствола мозга. Каждый маленький участок содержит множество взаимосвязанных нейронов (каждый квадратный миллиметр поверхности коры включает около 100000 нейронов), но они почти не имеют каких-либо прямых связей с теми нейронами, которые реагируют на более далекие части поля зрения. (У макака общая поверхность стриарной коры в одном полушарии составляет приблизительно 1400 квадратных миллиметров.)

Следует отметить, что пока еще нет убедительных свидетельств о наличии внутри области дискретных модулей. Отношения здесь скорее такие, как между жителями воображаемого города, которым запрещено удаляться от дома более чем на полмили. Они могут общаться со своими соседями на расстоянии одной мили, особенно со своими ближайшими соседями, но не имеют никаких прямых контактов с теми, кто живет подальше.

Примечательно, что это описание, в его самом общем виде, применимо к большей части коры, если не ко всей. Известно множество отдельных зрительных полей, каждое с какой-либо "картой" поля зрения. В коре у ночной обезьяны по меньшей мере восемь, а может быть, и больше, преимущественно зрительных полей. Если мы взглянем на слуховые или на соматосенсорные области, то увидим то же самое. Слуховая кора этой обезьяны состоит из четырех отдельных полей, "картированных" по частоте и, вероятно, по амплитуде. Поверхность тела обезьяны картирована несколько раз в соматосенсорных областях. Во всех случаях входы, большая часть которых идет к средним слоям коры, состоят из чередующихся полос того или иного типа. Эти входы смешиваются при переработке информации, которая происходит в верхних и нижних слоях. После переработки выходная активность направляется упорядоченным образом к нескольким другим пунктам как в коре, так и в подкорковых областях. Вполне оправдана гипотеза, согласно которой в случае такой связи между двумя полями выход одного из них картируется упорядоченно, но необязательно однородно на поверхности второго поля. Кроме того, часто наблюдаются обратные отношения. У обезьяны поле 17 посылает картированную проекцию к полю 18, а это последнее тоже посылает часть своей выходной активности обратно к полю 17. Эти обратные связи, вероятно, не диффузны, а образуют обратную карту. Насколько точно прямая и обратная карты соответствуют друг другу, еще неизвестно. Можно думать, что соответствие окажется довольно точным.

Из того правила, что в корковых слоях не обнаружено отчетливых клубочков нейронов, имеется одно интересное исключение. Это бочонки, исследованные Т. Вулси (Т. Woolsey) с сотрудниками в Медицинской школе Вашингтонского университета и упомянутые в настоящем выпуске в статье У. Коуэна (см. "Развитие мозга"}. Каждый бочонок имеет в поперечнике приблизительно 200 ммк, и, хотя соседние бочонки соединены между собой, связи внутри бочонка гораздо богаче. Это служит иллюстрацией того, как кора справляется с мелкими, пространственно дискретными, а не непрерывными входами.

Возможно ли, что кора содержит фиксированное, определимое число отдельных полей? Это, очевидно, верно для сенсорных и, вероятно, для моторных полей. На приведенном мною рисунке изображена карта зрительной коры ночной обезьяны, составленная недавно Дж. Олменом (J. Allman) с сотрудниками из Калифорнийского технологического института. На ней показаны восемь отдельных полей, картированных в этой области. Как можно видеть, хотя каждое поле и имеет на карте достаточно очерченные границы и определяется в этих случаях вполне однозначно, в коре в этих точках отсутствуют отчетливые изолирующие границы. В обоих полушариях кора представляет собой непрерывный слой с одним только краем. В нем нет "щелей". Неудивительно поэтому, что на границах в картировании имеется, говоря приближенно, локальная плоскость зеркальной симметрии. Иными словами, две карты, по одной с каждой стороны границы, взаимосвязаны. При продвижении вдоль границы эти карты по обе стороны от нее одинаковы. При удалении от нее под прямым углом направление движения в поле зрения на одной карте такое же, как при удалении от границы на другой карте. Если внимательно рассматривать рисунок, то видно, что это правило нарушается только в одном месте. Правило локальной плоскости зеркальной симметрии сохраняет свою силу на картах как слуховой, так и соматосенсорной системы, опять-таки с несколькими исключениями. Этого как раз и следовало ожидать при наличии ряда отдельных карт, которые в то же время до известной степени взаимодействуют по краям. Это позволяет думать, что в процессе эволюции новые функциональные поля головного мозга возникают попарно.

Распространяется ли такое картирование в виде обособленных полей также на остальные части коры, в частности на лобные области, и на то, что мы называем ассоциативными зонами? В настоящее время никто этого не знает даже про обезьян, не говоря уже о человеке. Но уже теперь ясно, что у обезьян большую часть коры можно картировать таким образом. Хотя легко представить себе, как можно было бы разрушить представление о полях (понятие поля полезно только при условии, если несколько разных его определений однозначно приводят к одному и тому же делению на поля), я склоняюсь к тому, что это представление правильно почти для всей коры. А если оно правильно, то сколько же полей в коре человека? Больше 50? Может быть, меньше 100? Если бы каждое поле можно было посмертно четко окрасить так, чтобы точно увидеть, сколько всего полей, каких размеров каждое из них и как именно оно соединено с остальными полями, это явилось бы большим шагом вперед.