Знание-сила, 2003 № 08 (914)

Детектор лжи

На молекулярном уровне?

Завтра, завтра... послезавтра!

Помниться в журнале "Иностранная литература" вдруг появился непривычный для тех лет материал, который сегодня бы не вызвал никакого удивления. речь велась от имени чешского развндчика, который оказался в роли "крота" в "Бундеснахрихтене", то есть управления по охране конституции ФРГ (читай: западногермандской контрразведки ).

По всей видимости, несанкционированные контакты чеха, а может, и информация одного из наших или «ихних» перебежчиков вызвали закономерное желание боссов проверить нашего героя на детекторе лжи. Поскольку человек был далек от электрофизиологии и не понимал предназначения всех этих блямбочек и проводков, он, естественно, забеспокоился и бросился за консультацией к своим кураторам. Те, как могли, успокоили его и заверили, что он с достоинством и уверенно перенесет выпавшее на его долю «зомбирующее» воздействие. Что и случилось на самом деле!

Конечно, тогда — в конце 60-х — электрофизиология была примитивна и «не-электронна». Но и сегодня все эти полиграфы, которыми так пугают бедных рекрутируемых важные агенты рекрутерских офисов, не представляют собой ничего кроме конкретного «понта», блефа и так далее. Да, у человека в экстремальной обстановке «играют» вегетативные реакции, которые вроде бы нельзя контролировать. А их и не надо контролировать, поскольку они не имеют ничего общего с правдивостью или ложностью ваших ответов. Получается самая настоящая «правдивая ложь» со Шварценеггером и Ли Кертис в главных ролях.

Если бы важные и надутые рекрутеры читали самые популярные журналы, посвященные описанию достижений современной науки, они знали бы, что ученым до сих пор так и не удалось раскрыть «нейропсихологический код», то есть что они до сих пор не могут и пока даже не надеются научиться читать мысли человека по его «биотокам», или тем сигналам, которые они фиксируют с помощью датчиков ЭЭГ (электроэнцефалограммы).

А что же тогда столь рекламируемые полиграфы и «проверки на дорогах»? «Рекламируем все», гласит слоган популярной московской радиостанции. Вот и рекламируют...

В свое время много шума наделало изобретение КТ — компьютерного томографа, который позволил «нарезать» мозг с помощью «мягких» рентгеновских лучей на тонкие «томы»- срезы, а компьютер позволяет все это интегрировать и выдавать в виде серии изображений на разных уровнях.

Но КТ — это все же рентгеновское облучение, которое не может превышать разумного порога, о чем мы знаем по жертвам Хиросимы, Семипалатинска и Чернобыля. Поэтому довольно быстро был предложен ЯМР (или МРИ) — ядерно-магнитный резонанс. Его принцип «отвергает» какое бы то ни было облучение мозга. «Картинка», или «имидж» строится за счет тех радиопульсов, которые излучают протоны воды, а ими пропитаны наши ткани.

В отличие от КТ изображение ЯМР гораздо более размытое, поскольку воды в ткани много, а протонов в ее молекуле всего два. Но так было на первых порах, когда разрешающая способность в силу слабости компьютеров была низка.

И все-таки ЯМР обогнал ПЭТ, или позитрон-эмиссионный томограф. Построение изображения в нем основывается на бета-излучении положительных электронов-позитронов из ядра. Для этого в кровь вводили бетаизлучающие изотопы, которые в мозг попадали с кровотоком и концентрировались в местах активности нервных клеток, требующих повышенного кровоснабжения. Электродные исследования задолго до появления ПЭТ показали, что это действительно так.

Помнится, какой фурор произвели в начале 90-х первые ПЭТ-картинки, позволявшие увидеть активные участки коры и подкорковых структур в момент выполнения психологических заданий и решения различных задач. Но, надо признаться, картинки были довольно расплывчаты и с ними мирились по принципу «на безрыбье...» А кроме того, с помощью ПЭТ нельзя было смотреть детей, поскольку изотопы и довольно долгое исследование!

Во глубине «Белл-лаборатории» в Нью-Джерси долгие годы работал Сейдзи Огава, который в конце концов натолкнулся на малозаметное поначалу, но воспроизводимое различие в ЯМР-спектрах богатых и бедных кислородом потоков крови. Оказалось, что молекулы гемоглобина эритроцитов крови, «ухватившие» в легких О₂, ведут себя в магнитном поле несколько иначе, нежели те, которые кислород отдали в ткани мозга.

Зрительный путь от сетчатки глаза к 17 полю I-ой зрительной нары

Так появилась возможность «увидеть» зоны оксигенации — повышенного уровня кислорода в участках повышенного кровоснабжения. А оно резко увеличивается в зонах активности нейронов, поскольку нервная клетка подает капиллярам какой-то сигнал, который приводит к их «дилятации», то есть расширению и увеличению «полосы пропускания».

Не так давно в Калифорнийском технологическом институте, что в лос-анджелесской Пасадене, на эмбрионах показали, что нервные отростки выделяют особый белковый ростовой фактор эндотелия сосудов (слоя клеток, выстилающих внутреннюю поверхность сосудов). Тем самым создается матрица-подложка, на которой формируются сосуды. Так что связь нейронов и сосудов «оформляется» очень рано в жизни организма.

Поскольку «кислородная» разновидность Я М Р уже напрямую отражала активность кортикальных структур, их функцию, новый исследовательский метод получил название функционального ЯМР (фЯМР). Ко времени его появления резко повысилась мощность компьютеров, что позволило также говорить о фЯМР высокого разрешения.

Разрешение ЯМР действительно стало впечатляющим. Так, недавно журнал «Сайенс» опубликовал статью сотрудников Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые в ходе своих исследований пользовались фЯМР нового поколения. Так вот они «хвалились», что структурное разрешение их нового аппарата достигает 0,4 х 0,4 мм, а функциональное — 1,6 х 1,6!

Что такое 0,4 мм? Это всего лишь в три раза больше размера тела моторного нейрона теменной коры, управляющего нашими движениями (150 микрон, или 0,15 мм — они на срезах видны невооруженным глазом). Функциональное же разрешение означает «видение» зоны повышенного кровоснабжения, что, естественно, больше по объему, поскольку затрагивает зону кровоснабжения. Это можно сравнить с корнем растения, который поглощает воду из большего, нежели он сам, объема почвы.

Отголоски френологии — так начиналась неврология

Ранние боги Египта были зооморфны, и жители долины Нила изображали Аммона с головой барана, которого почитали за его «мудрость», проявляющуюся в лихо закрученных рогах.

Анатомы, столкнувшиеся с необычайным разнообразием мозговых структур, которые как-то необходимо было называть, увидели в глубине височной доли эдакого «морского конька». Поскольку лошадь по-гречески «гиппос» (сравни: ипподром и т), то извилина получила название «гиппокамп».

Если же гиппокамп, являющийся центром нашей памяти и обучения, разрезать, то можно увидеть самый настоящий Аммонов рог. С одной стороны к рогу прилегает веретеновидная извилина, с другой — зубчатая, а замыкает всю структуру так называемый еубикулюм. А что вы хотите — это же мозг, в других его областях можно встретить и не такое! Достаточно вспомнить желудочки с их рогами, прозрачную перегородку, холм и «подхолмие» гипоталамуса, железу, которая «растет под» (гипофиз) и «над» — эпифиз, ольфакторную «будьбу» и хиазму зрительных нервов, «писчее перо» дна IV желудочка и миндалину в глубине височной доли (не говоря о миндалинах мозжечка и продолговатого мозга — теперь вы понимаете невропатологов).

Теперь события приняли новый оборот: новые методы нашли себе опору в старых. Доказательством тому свежайшая статья из «Сайенса». В опытах были использованы кошки, которым вживили электроды в зрительную кору. Одновременно мозг кошек исследовали с помощью фЯМР высокого разрешения, что позволяло локализовать активность на нейрональном уровне!

Теперь на фоне регистрируемых зрительных импульсов, приходящих в кору, одновременно смотрели и фЯМР-«картинку». И выяснилась довольно неожиданная вещь: поначалу в локальной концентрации кислорода наблюдается эдакий небольшой «ковшичек», или «выедание», однако через некоторое — весьма ограниченное — время начинается бурная реакция в виде открытия кровяных «шлюзов».

Открытие это приводит к обильной «мелиорации» данного очага возбуждения, причем, как отмечают исследователи, увеличение кровотока чуть ли не в 10 раз превышает кажущуюся потребность. Кровь приносит столько кислорода, что его количество с лихвой перекрывает потребленные нейронами объемы.

Оказалось, фЯМР фиксирует активность нервных клеток не напрямую, а чуть «опосредованно». Но, тем не менее, это на сегодня наиболее точный метод получения «картинок» мозга и разных его функциональных зон.

Пару лет назад издательство Массачусетского технологического института выпустило книгу Уильяма Уттала «Новая френология: Пределы локализации когнитивных процессов в мозге». Чтобы было понятно, о чем идет речь, напомним, что френологию, или учение о «шишках головы» придумал предшественник Фрейда Франц-Иосиф Галль (1758-1828), венский врач-невропатолог и достаточно крупный нейроанатом. Френология особо почиталась в викторианской Англии и даже Л.Н. Толстой отдал ей дань своего пусть и скептического внимания.

Галль полагал, что как тело состоит из отдельных органов со своими функциями, так и мозг состоит из многих «ментальных органов», занимающихся теми или иными мыслительными процессами. Так появились различные картинки с «распределением» полей коры, отвечающих за любовь и распознавание образов, эмоции и произвольные движения.

Противники Галля утверждали, что наше мышление нельзя подразделить на «компоненты». Говорили также, что наш мозг функционирует как некая «эквипотенциальная масса», которая не подразделяется и неделима. Тем не менее прогресс медицины и необычайная живучесть некоторых людей позволили врачам сделать одно немаловажное наблюдение: речь нарушается при поражении левого полушария!

Известный французский врач Поль Брока наблюдал дуэлянта, которому шпагой пробили левый висок. Бретер выжил, однако потерял дар речи, хотя и все понимал, что ему говорили. Так возникло понятие о моторной афазии, когда мозг сохраняет функцию языка как таковую, однако не подает «моторные» сигналы на артикуляционный аппарат гортани, языка и ротовой полости (Платон считал, что язык генерируется языком как мышечным органом у нас во рту!).

Практически одновременно с врачом эту ситуацию обыграл в художественной форме А. Дюма в своем «Графе Монте-Кристо»: дед Валентины граф Нуаре все понимал, но после «удара» не мог говорить, поэтому внучка изобрела способ общения с ним при помощи словарного алфавита — когда на «дисплее» возникала нужная буква, граф моргал глазами, давая понять, что его правильно поняли. Таким образом, был преодолен блок неработающей «периферии».

Вскоре после сообщения Брока немец Карл Вернике представил пациента с когнитивной, или смысловой афазией, у которого была повреждена верхняя часть височной доли: человек «говорил» совершенно бессвязно и не понимал обращенную к нему речь. Добавим, ч го оба поражения были в левом полушарии. Именно поражения этого полушария привели к отключению речи у Ленина и Сталина.

«Когниция» по корню сродни слову «рекогносцировка», то есть разведка, узнавание, распознавание образов, что является одной из важнейших функций нашего мозга. Брока и Вернике, а также Бродман вроде бы показали важное значение именно левого полушария для функции языка. Однако позитронный эмиссионный томограф (ПЭТ) позволил выявить, что у женщин при решении языковых задач активируется не только левое, но и правое полушарие! Правда, никто пока так и не выяснил, за что отвечают нейроны параллельного «центра»...

До появления фЯМР просто не хватало разрешающей способности приборов, чтобы решать задачи, которые имеют когнитивный подтекст. И вот фЯМР заработал на полную мощность!

Первый «выстрел» нового 2003 года сделали Майкл Зейне и Сюзан Букхаймер из Калифорнийского университета. С помощью усовершенствованного фЯМР высокого разрешения (как телевизор HD TV — высокой плотности разрешения) они посмотрели «динамику работы нейронов гиппокампа в ходе кодирования и «изъятия» пар «лицо — имя».

Гиппокамп крайне важен для кратковременной и долговременной памяти. С помощью фЯМР исследователи «посмотрели» вклад различных отделов гиппокампа — Аммонова рога, зубчатой извилины и субикулюма (подставки), — в запоминании (кодировании) и восстановлении в памяти имен, соответствующих лицам.

Известно, что информация в Аммонов рог — к нейронам — поступает через «зубчатку» из субикулюма. Функциональное разрешение было не слишком высоким. И, тем не менее, ученым удалось многое узнать.

С помошью особой программы они сумели «развернуть» кору гиппокампа на плоскости, а это позволило прокартировать функциональные нейронные поля, так сказать, в «плане». И оказалось, что кодирование информации в данном конкретном случае осуществляется нейронами Аммонова рога и зубчатой извилины, а вот извлечение ее «отнесено» в субикулюм.

Подобное «разнесение» вроде бы одной функции открыто впервые. Сейчас трудно как-то однозначно оценить это открытие, но по крайней мере ученые теперь «нацелены» на конкретные поиски. Известно, что формирование памяти требует белковых синтезов, а это — работа генов и их конкретных протеиновых продуктов, в частности, конкретных рецепторов, некоторые из которых имеются только у конкретных нейронов. Таким образом, фЯМР позволяет провести точную рекогносцировку функций...

Журнал «Труды Национальной АН США» опубликовал статью о «соответствии» картинок, получаемых с помощью фЯМР, активности нейронов при решении психологических задач. Испытуемым предъявляли по 30 слов- неслов из шести букв («журнал-жулнар»), выбранных из слов, употребляемых с разной частотностью в печати. Для усложнения задачи слова предъявлялись с поворотом на 60 и 120 градусов от горизонтали.

Результаты показали, что изменение локального кровотока — гемодинамики — соответствовало активизации нейронов двух разных областей коры: языковой и моторной. При этом шержка была большей при «осмыслении» неслов, да к тому же повернутых на 120 градусов. Пик возрастания кровотока наблюдался примерно через 5 секунд после начала предъявления стимула, продолжавшегося 0,75 секунд. Таким образом, увеличение кровотока «отстает» на 4,25 секунд.

Авторы считают, что основная причина задержки — это особенности кровоснабжения данного участка коры. Это влияние больше, чем освоение самой информации. Все это необходимо учитывать в ходе дальнейших исследований с помощью фЯМР.

В Токийском университете К. Накахара с помощью фЯМР посмотрел активность префронтальной коры человека.

Префронтальная кора привлекает особое внимание исследователей, поскольку она «заведует» вниманием, умственными операциями, связанными с памятью, а также способностью осуществить задуманное и достигнуть желаемого. Она наиболее развита у приматов, а через знаменитую лимбическую кору связана с эмоциями и миндалиной в глубине височной доли. Я МР позволил разделить участки возбуждения в префронтальной коре, нейроны которых связаны с вниманием и эмоциональными переживаниями.

Это позволяет более реально говорить, что поражается при так называемых аффективных состояниях, когда человек не способен давать отчет содеянному. Кстати, о миндалине. Относительно давно известно, что она «включается» в ответ на пугающие стимулы, а также на изображения счастливых лиц. Т. Канли из Стэнфордского университета с помощью фЯ М Р определил, что страх «зажигает» миндалины в обоих полушариях, а выражение счастья на лице — лишь в левом. При этом возбуждается и часть гиппокампа (в память о собственных счастливых минутах жизни?)

А правая миндалина больше отвечает за лица с выражением ярости и угрозы. А. Харири из Национального института здоровья в Бетезде сравнил данные фЯМР и молекулярных исследований. Увеличение активации миндалины в ответ на устрашающие стимулы, оказывается, связано с... генетическими различиями — с длиной промотера серотонинового транспортера.

Отделы мозга, исследовавшиеся с помощью фЯМР

Объяснимся. Транспортер — это белок, который «транспортирует» из щели между синапсами (точками контакта и связи между нейронами) такой важный модулятор работы нейронов, как серотонин (его еще называют веществом «хорошего настроения»), обратно в клетку. Недостаток серотонина купируется таким знаменитым в психиатрии препаратом, как прозак, который блокирует транспортер и задерживает тем самым серотонин в синапсе, спасая людей от депрессий.

Промотер представляет собой регуляторную часть гена, с которой запускается работа гена. Разные люди, оказывается, различаются по длине их ееротонин-транспортерного промотера. У тех, у кого промотер короткий, получают в итоге меньше серотонина и больше страха!

Люди с длинным промотером имеют более высокий уровень синтеза транспортера, и у них серотонин в два раза больше всасывается обратно в клетку по сравнению с людьми, обладающими короткой версией промотера.

И последнее. ЯМР нового «поколения» стали активно использовать и для сугубо нейроанатомических прижизненных исследований. Совсем недавно Дж. Редвайн из компании «Нейром» в калифорнийском городе Ла-Джолла с коллегами из Гарварда обнаружил уменьшение объема зубчатой извилины у мышей, у которых экспериментально была воспроизведена модель болезни Альцгеймера.

Исследования показали, что «усыхание» мозга начинается задолго до появления в нем знаменитых бляшек Альцгеймера, по которым — после смерти — раньше и ставили диагноз этого нейродегенеративного заболевания.

Исследования с помощью фЯМР начинали с 40-го дня жизни мышек и вплоть до 630-го. Уже на 100-й день уменьшение объема гиппокампа составляло 12 процентов. У обычных же контролей с 40-го по 630-й день объем гиппокампа увеличивается на 18 процентов. На 100-й день «сморщивание» зубчатой извилины составляет почти треть (28 процентов)! Таким образом, фЯМР можно использовать для постановки диагноза болезни Альцгеймера.

В журнале «Труды АН США» Гленда Макуин из университета Макмастера опубликовала статью, в которой описала результаты обследования молодых людей, страдающих постпубертатной депрессией и попытками самоубийства. И показала, что чем больше депрессивных эпизодов, тем меньше объем гиппокампа.

У Джорджа Оруэлла, автора знаменитой антиутопии «1984» про новояз и министерство мира, которое занималось войной, в 1938 году вышла книжка «Паломничество в Каталонию», в которой он рассказал о своем опыте участия в испанской гражданской войне. Жил он в Ленинских бараках Барселоны и в отеле на знаменитом бульваре Рамблас, который не может миновать ни один турист, прибывающий в столицу Каталонии, где, кстати, проходили торжества по поводу возвращения Колумба из далекой Зипангу.

Утонченный английский джентльмен, прибывший защищать дело свободы и социальной справедливости, попадает в троцкистскую тюрьму и на фоне неба в клеточку видит трубы нашего крейсера, на борту которого прибывший по приказу Сталина то ли Дыбенко, то ли Антонов-Овсеенко интриговал против сторонников IV Интернационала и умыкал испанский золотой запас, возможно, с помощью бывшего троцкиста и тогдашнего разведчика Орлова (у последнего к рукам «прилипло» 28 тысяч тогдашних долларов, на которые он вместе с женой прожил, скрываясь, в Америке до самой смерти кремлевского тирана).

Оруэлл задолго до японского Левши сумел совместить «ящик» с видеокамерой, в результате чего его герой даже в собственной квартире должен был жаться по углам, если хотел сделать что-то недозволенное.

Думается, что у создателей детектора лжи были столь же грандиозные планы. Однако пока еще далеко до раскрытия нейрокода, который бы позволял интерпретировать мысли испытуемого по его электрофизиологическим «паттернам» — узорам. ФЯМР имеет то преимущество, что позволяет уже сегодня «вычленить» чуть ли не единственный нейрон. Не сложится ли так, что, зная функции отдельных нервных клеток, легче будет распознать и их вклад в ту или иную конкретную «мысль»? И вот тогда-то!

Не хочется пугать читателя, тем более что обычное телевидение — как и у Оруэлла — прекрасно справляется (см. «ЗС», 2003, № 3) с задачами массового гипноза: это каждый день показывает реакция «общественности» на те или иные драматические события. Наши мысли пока читать не умеют, но уже научились прекрасно ими управлять.

Что же будет при дальнейшей миниатюризации исследовательских и иных устройств после внедрения высокотемпературной сверхпроводимости?

Думаю, и тогда мысль человеческая останется не пойманной. «Прочитать» ее по мерцанию и пульсированию мириадов точек прилива крови к работающим нейронам — задача невыполнимая.

Павел Тарасов