эксперимент с расщепленным мозгом
«Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке»
Полушария человеческого мозга соединены между собой тремя спайками (комиссурами) и сплетением нервных волокон — мозолистым телом. Если последнее разделено хирургически или повреждено, полушария уже не могут делиться друг с другом информацией и начинают функционировать независимо. В книге «Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке» (издательство «Corpus»), переведенной на русский язык Юлией Плискиной и Светланой Ястребовой, американский нейробиолог Майкл Газзанига рассказывает, как работа множества ученых, включая его самого, позволила открыть и исследовать синдром «расщепленного мозга». N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным состоянию науки о мозге в середине ХХ века и изучению последствий разделения полушарий у животных.
Книга опубликована в рамках издательской программы Политехнического музея и входит в серию «Книги Политеха».
Наука тогда и сейчас
Тогда, в 1961-м, жизнь была простой. Или так кажется сейчас. То было время, когда люди уезжали в колледж, усердно учились, поступали в магистратуру или аспирантуру, получали ученую степень, становились постдоками, переходили на оплачиваемую позицию, затем становились профессорами в каком-нибудь институте. Они проживали жизнь, преследуя свои интересы в интеллектуальной сфере. Сегодня карьерные пути не так четко определены и все больше постдоков уходят в индустрию, просветительскую деятельность, стартапы, зарубежные исследовательские организации и так далее. У многих есть коллеги, приехавшие из-за рубежа или проведшие там некоторое время. Это все тоже прекрасно, но отличается от прежнего порядка и в социальном смысле более сложно устроено.
В начале 1960-х некоторые аспекты биологии тоже обманчиво казались простыми. Уотсон и Крик совершили свое прорывное открытие структуры ДНК и ее роли в наследственности. По сегодняшним стандартам молекулярных механизмов, построенная ими модель проста. Гены продуцируют белки, а белки затем выполняют всевозможные функции организма. Раз-два — и вот у вас полный механизм. Он стал известен под названием «центральная догма». Информация перемещалась в одном направлении — от ДНК к белкам, которые затем давали команды организму. Сегодня уже, правда, существуют серьезные расхождения даже по поводу того, что именовать геном, и уж тем более по поводу того, сколько разных взаимодействий существует между молекулами, которые, как считается, составляют звенья некоей причинно-следственной цепи. Чтобы еще усложнить картину, добавим, что информация идет в обоих направлениях: то, что образуется, в свою очередь, влияет на то, как оно образуется. Молекулярные аспекты жизни отражают сложную систему, основанную на петлях обратной связи и множественных взаимодействиях, — в ней нет ничего линейного и простого.
На заре современной науки о мозге обсуждения велись в незатейливых терминах. Нейрон A посылал сигнал нейрону Б, а тот — нейрону В. Информация передавалась по цепочке и каким-то образом постепенно трансформировалась из ощущений от сенсорных систем в действия, под влиянием внешних подкреплений. Сегодня столь упрощенное описание работы мозга выглядит смешным. Взаимодействия различных сетей мозга так же сложны, как и взаимодействия составляющих их молекул. Построение схемы их работы почти парализующе по своей сложности. Хорошо, что тогда мы этого не осознавали, а то бы никто не отважился взяться за эту работу.
Оглядываясь на те ранние годы, я думаю: исследованию расщепленного мозга на людях сыграло на руку, что его развивал наивнейший из исследователей — я. Я не знал ничего. Я просто пытался понять проблему, используя собственный словарь и собственную простую логику. Это все, что у меня было помимо нескончаемой энергии. По иронии судьбы то же было верно и для Сперри, самого продвинутого специалиста по нейронауке своей эпохи. Он ранее никогда не работал с людьми в качестве испытуемых, так что мы пробивали путь вперед вместе.
В каком-то смысле, конечно, мы все понимали, что пациенты с расщепленным мозгом — это пациенты с неврологическими расстройствами, а неврология была уже сформировавшейся областью с богатым словарем. Джо был нашим провод ником по минному полю специальных терминов. Обследование пациента с инсультом или дегенеративным заболеванием было надежно отработано и точно описано. Богатая история первых неврологов принесла нам массу информации о том, какая часть мозга за какие когнитивные функции отвечает. Жившие в XIX веке гиганты профессии, Поль Брока и Джон Хьюлингс Джексон, и их коллеги из XX века, такие как нейрохирург Уайлдер Пенфилд и Норман Гешвинд, все сыграли важные роли в развитии медицинской точки зрения на устройство мозга.
Я все еще помню день, когда Джо приехал в Калтех из Мемориальной больницы Уайта, чтобы провести у нас в лаборатории семинар. Он описал наши первые результаты, используя классическую неврологическую терминологию. Хотя это не было абракадаброй, звучало это для меня именно так, и я помню, как сказал об этом Джо и Сперри. Джо был очень открытым и неизменно прогрессивным. Он просто сказал мне: «Хорошо, опиши лучше», и Сперри кивнул в знак согласия. В последующие годы мы это сделали, разработав в наших первых четырех статьях словарь научных терминов для описания происходящего с людьми, которым разделили половины мозга.
Начало исследований расщепленного мозга
Его проект был посвящен рассечению посередине перекреста зрительных нервов (хиазмы) у кошки — задача, мягко говоря, не из простых. Казалось, до этой хиазмы вообще нельзя добраться. Располагается она в основании мозга, где пересекаются некоторые нервные волокна от левого и правого глаза, позволяя информации от обоих глаз передаваться в каждое полушарие мозга. Если бы он сумел успешно перерезать хиазму, это бы означало, что зрительная информация, приходящая от правого глаза, осталась бы латерализованной — то есть шла бы только в правое полушарие, а информация, приходящая от левого глаза, попадала бы только в левое. Операция нарушила бы перемешивание информации, обычно происходящее в основании мозга. Если бы такую операцию возможно было провести, это означало бы, что можно начать проверять, как информация от одного глаза соединяется в мозге с информацией от другого глаза. Все это диктовалось рабочей гипотезой, на тот момент не доказанной, что структурой нервной системы, интегрирующей информацию, является мозолистое тело — гигантский нервный тракт, соединяющий половины мозга. Были и те (как вышеупомянутый Карл Лешли), кто считал, что мозолистое тело — всего лишь структурный элемент, поддерживающий два полушария. В эксперименте Майерса планировалось сначала обучить зрительной задаче один глаз кошки с рассеченной хиазмой, а затем проверить другой глаз. Если бы информация от двух глаз интегрировалась, то по замыслу надо было бы снова протестировать животное после рассечения мозолистого тела, чтобы проверить, прекратится ли интеграция. Согласно гипотезе, должна была бы прекратиться. Было бы здорово, если бы это подтвердилось.
Майерс оттачивал технику операции и наконец довел до совершенства исходно невероятно сложную методику. После многих часов практики она стала вполне подъемной, хотя ее описание вовсе не просто. Оригинальное описание Майерса звучит так:
Зрительная хиазма была рассечена в средней сагиттальной плоскости с трансбуккальным доступом [через рот]. Во время этой процедуры мягкое небо надрезалось от места его прикрепления к твердому небу (передняя точка) до примерно полусантиметра от его свободного края (задняя точка). Концы разреза затем оттягивались кетгутовыми швами, что создавало ромбовидное отверстие. Лоскут слизистой оболочки носа отодвигался от клиновидной кости, и зубным буром в кости проделывалось овальное отверстие 1 на 5 мм непосредственно спереди от шва, соединяющего клиновидную и переднюю клиновидную кости. Через это отверстие в кости аккуратно доставалась и надрезалась твердая оболочка мозга, благодаря чему открывался доступ к лежащей под ней хиазме зрительных нервов. Затем хиазма перерезалась стальным лезвием под визуальным контролем посредством бинокулярной препаровальной лупы. Небольшой кусочек танталовой фольги помещался между разрезанными половинками хиазмы, чтобы сделать возможной посмертную проверку полноты рассечения беглым осмотром.
После рассечения хиазмы отверстие в кости заполнялось «Гельфоумом», смоченным кровью, чтобы сформировать барьер между носоглоткой и черепной полостью. Лоскут слизистой помещался над «Гельфоумом», и надрезанное мягкое небо возвращалось на место с помощью кетгутовых швов.
Все ясно? Майерс был полон решимости провести свой эксперимент. Он обнаружил, что у кошек с перерезанной хиазмой информация интегрируется, а после рассечения мозолистого тела, как он и предполагал, интеграция прекращается. Этот эксперимент наряду с открытием, что мозолистое тело передает информацию от одного полушария к другому, совершил переворот. Теперь после обеих операций каждому полушарию можно было непосредственно предъявлять зрительную информацию, а другое полушарие проверять на знание этой информации.
Благодаря прорывной операции Майерса по разрезанию хиазмы и логичному следующему шагу по рассечению мозолистого тела рос интерес к тому, что сначала казалось сравнительно непонятным, даже сбивающим с толку результатом. У пациентов Акелайтиса в Рочестерском университете вроде бы не появилось значительных изменений в поведении или когнитивных способностях после операции на мозолистом теле. Из-за той работы и позиции Лешли многие считали, что результаты новых тщательно спланированных экспериментов Майерса и Сперри на животных вряд ли будут применимы к людям.
Конечно, одна из прелестей науки в том, что она не стоит на месте. Когда тема расщепленного мозга получила продолжение и стала крайне важна и интересна научному сообществу, люди захотели узнать, откуда возникла сама идея. Кто был зачинателем? Майерс? Сперри? Оба? Кто-то другой? Происходило ли все само собой, постепенно, по мере того как со временем накапливалась информация? В конце концов, лишь спустя годы после исследования Майерса разработанная им процедура получила название «расщепление мозга» — благодаря Сперри, непревзойденному мастеру слова.
Одно из свидетельств о корнях идеи исходит от известного психолога Клиффорда Моргана, переехавшего из Висконсина в Санта-Барбару в начале 1960-х. Он преподавал в Гарварде в начале 1940-х и несомненно знал Сперри, поскольку оба были связаны с Лешли. Морган серьезно интересовался исследованиями эпилепсии, а также прославился как автор учебников. Его первая книга «Физиологическая психология», опубликованная в 1943 году, получила признание за упорядочение знаний в этой области. Морган сделал блистательную карьеру, основал собственную издательскую фирму, свои журналы и даже общество. Возможно, он послужил примером для моих собственных последующих антрепренерских попыток начать издавать журнал и основать научное общество.
Позже я встретился с Морганом в его офисе, когда приехал на свой первый срок в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре в 1966 году. Он был сердечным и щедрым человеком, который, казалось, живет, чтобы воскресными вечерами слушать диксиленд-джаз в местном клубе. В самом деле, он был настолько щедр, что однажды вдруг взял да и одолжил мне пять тысяч долларов на покупку моего первого дома! Вот так запросто он, сидя за рабочим столом, выписал чек и протянул мне его со словами «Вернешь, когда сможешь». Этот жест позволил мне устроить свой домашний быт и имел для меня большое значение. Много лет спустя, последовав его примеру, я сделал то же для двух своих молодых научных сотрудников.
Оказывается, мысль о расщепленном мозге впервые была зафиксирована в 1950 году во втором издании книги Моргана, написанном совместно с психологом из Пенсильванского университета Элиотом Стелларом. Высказана она была обыденно и звучала так, будто уже в то время была частью культуры, хотя на самом деле все еще только строили догадки о предназначении мозолистого тела и о том, как информация попадает из одного полушария в другое. Не напоминает ли вам это происходившее в генетике? В конце концов, каждый знал, что существует наследственность и что существует ДНК, и до того, как Уотсон и Крик сопоставили эти факты. Возможно, крупные прорывы попросту назревают, накапливаются. В то же время — и, на мой взгляд, это важно — кому-то надо было выйти вперед и сделать что-то для подтверждения или опровержения тех идей, а не только бесконечно обсуждать их. Для меня несомненно, что Майерс и Сперри засучили рукава и превратили разговоры в экспериментальные данные.
Я встретил Майерса спустя годы на конференции, где представлял результаты работы по расщепленному мозгу на людях, а он рассказывал о некоторых своих анатомических исследованиях, выполненных на шимпанзе. Я очень хотел познакомиться с ним, поскольку осознавал его ключевую роль в истории исследований расщепленного мозга и развитии этого направления. Как ученый он однозначно заслужил уважение коллег, и наука о мозге многим ему обязана.
Это не значит, что он был исключительно положительным персонажем. После моего выступления он стал брюзжать, что, мол, «странный случай из медицинской практики» не имеет особого значения, что это было странное последствие исходной эпилепсии и так далее. Я был ошеломлен и фактически потерял дар речи. Но постепенно до меня стало доходить: сферы влияния — это главное, а я вступил в его сферу влияния, его вотчину, даже несмотря на то, что продолжал его работу на других видах и к тому времени наши исследования на людях уже прошли проверку коллег в нескольких рецензируемых журналах. Мне преподали очередной урок о разнице между учеными и наукой. Помню, я еще размышлял: все ли производители интеллектуальной собственности неизбежно становятся такими? Есть ли какая-то разница между художником, ученым, каменщиком? Стану ли я таким? Не забыть бы проверить…
Подробнее читайте:
Газзанига, Майкл. Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке / Майкл Газзанига; пер. с англ. Юлии Плискиной, Светланы Ястребовой. — Москва: Издательство АСТ: CORPUS, 2021. — 416 с. (Книги Политеха).
Эксперимент с расщепленным мозгом
В предыдущем статье рассказывалось об исследованиях, проведенных на расщепленном мозгу животных, однако первые операции такого типа были сделаны человеку; изучение их последствий в значительной мере обогатило знания о межполушарной специализации и функциях спаек мозга.
Операция расщепления мозга, или комиссуротомия, состоит в хирургическом рассечении некоторых образований, соединяющих полушария. Первые операции подобного рода проводились для того, чтобы облегчить состояния больных с тяжелыми формами эпилепсии при безуспешном терапевтическом лечении судорожного состояния. В начале 40-х гг. нейрохирург из Рочестера Вэгенен произвел несколько первых комиссуротомии. К сожалению, ожидаемый эффект ослабления судорог у больных сильно варьировал. Операции Вэгенена значительно отличались одна от другой, но обычно включали рассечение передней половины мозолистого тела. Несмотря на неудачные результаты, другие исследователи продолжали изучать функции мозолистого тела, проводя комиссуротомии у животных.
Лишь спустя десятилетие, в начале 50-х гг., Р. Майерс и Р. Сперри сделали замечательное открытие, которое стало поворотным пунктом в истории исследования corpus collosum.
Майерс и Сперри, проводя эксперименты на кошках с перерезанным мозолистым телом, показали, что зрительная информация, предъявленная одному полушарию мозга кошки, недоступна для другого. В нормальных условиях стимул воспринимается обоими глазами и обоими полушариями. Если завязать один глаз, другой продолжает посылать информацию к обоим полушариям. Если же завязывают один глаз и перерезают зрительный перекрест вместе с мозолистым телом, зрительную информацию получает лишь одно полушарие. Данные, полученные Майерсом и Сперри, позволили пересмотреть результаты работ Вэгенена и снова приступить к операциям расщепления мозга для лечения тяжелых форм эпилепсии у людей.
Ф. Фогель и Дж. Боген решили, что некоторые из ранее сделанных операций не дали положительных результатов потому, что разъединение полушарий было неполным. Они впервые провели полную комиссуротомию. Результаты этой и последующих операций превзошли все ожидания. На первых порах казалось даже, что, в отличие от влияния на судорожную активность, операция не изменяла личности пациента, его интеллекта и поведения. Однако более тщательные исследования, проведенные М. Газзанига и Р. Сперри, показали, что все оказывается значительно сложнее.
Исследования больных с расщепленным мозгом проводились следующим образом. Больной сидит перед тахистоско-пом, который позволяет исследователю точно контролировать время, в течение которого изображение подается на экран. Стимул удерживается на экране приблизительно 0,1—0,2 с, чтобы не дать пациенту возможности переместить взгляд с точки фиксации, пока изображение еще находится на экране. Это необходимо для того, чтобы зрительная информация была изначально представлена только одной половине мозга. Стимулы, предъявляемые одному полушарию, называются латерал изованными.
Пациенты, давая отчет о стимулах, которые попадали в правое поле зрения (проецирующееся на левое речевое полушарие), не испытывали никаких затруднений. О том же, что было предъявлено в левое поле (адресованное «немому» правому полушарию), больные ничего не могли рассказать. Однако у них имелась возможность выбрать левой рукой (управляемой правым полушарием) нужный предмет, (являющийся копией стимула, который находился среди нескольких предметов, скрытых от взора ширмой.
Поведение пациентов с расщепленным мозгом также претерпевает некоторые изменения. У некоторых людей после операции появлялись затруднения в установлении связи между именами и лицами, снижалась способность решать геометрические задачи, появлялись жалобы на отсутствие сновидений. Были описаны случаи эксцентрического поведения, проявляющегося в соревновании или диссоциации действия рук.
Результаты исследований на расщепленном мозгу подтвердили левостороннюю локализацию центров речи у большинства людей. Типичный больной с рассеченным мозолистым телом не способен назвать обычные предметы, изображения которых «вспыхивали» в его левом поле зрения, т. е. предъявлялись правому полушарию, хотя он не испытывает ни малейших затруднений при определении тех же картинок, адресованных в правое поле зрения, т. е левому полушарию. Правая гемисфе-ра, однако, «знает» о том, что изображено на картинке, и может направлять левую руку так, чтобы та выбрала искомый объект среди нескольких предметов, помещенных за ширмой. Насколько же хорошо правое полушарие может понимать речь? Оказалось, что при предъявлении простых существительных больные без труда находили соответствующий предмет среди спрятанных. Недостатки в способностях правого полушария начинали проявляться при предъявлении глаголов. По отношению к существительным возможности правого полушария выражались в ограниченности вербального выражения.
Правый мозг демонстрировал хорошее понимание, если мог ответить не словами. Наиболее общее объяснение ситуации с пониманием глаголов состояло в том, что глаголы являются более сложными лингвистическими стимулами и неумение правого полушария обращаться с ними отражает его менее развитые лингвистические способности. Эксперименты Э. Зайделя подтвердили представление о разных языковых способностях правого и левого полушарий, но его работа указывала на то, что различия между полушариями могут быть не связаны с различением существительных и глаголов.
Зайдель разработал новый метод ограничения подачи зрительных стимулов к одному полушарию. Он использовал устройство, известное под названием Z-линза. Z-линза — это контактная линза, позволяющая больному свободно двигать глазами, когда он что-то рассматривает, но в то же время она обеспечивает поступление зрительной информации только к одному полушарию мозга пациента. Z-линза дает испытуемому возможность видеть стимул долго, но исследователь может предъявлять этот стимул изолированно одному полушарию.
Зайдель проверял способности каждого полушария к пониманию речевых стимулов, применяя стимулы, которые ранее использовались для исследования детей и больных с афазией. Сравнивались показатели, характеризующие способности правого полушария, которые были получены на выборке детей и больных с афазией, с данными, выявленными у больных с расщепленным мозгом. При выполнении теста с восприятием слов на слух больной с рассеченным мозолистым телом слушал слово, произносимое экспериментатором, а затем рассматривал через Z-линзу три картинки. Задача пациента — выбрать ту картинку, которая соответствует слову. Пути слухового анализатора организованы таким образом, что информация от каждого уха идет к обоим полушариям. В обычных условиях невозможно определить, одно или оба полушария «поняли» устное сообщение. А Z-линза позволила Зайделю латерал изовать выбор ответа так, что он мог определить, насколько хорошо каждая половина мозга «подбирает» к сказанному слову его зрительный эквивалент. Работа Зайделя показала, что правое полушарие обладает удивительно разнообразными способностями к пониманию. Со словарными тестами правое полушарие справлялось так же хорошо, как мозг нормального десятилетнего ребенка, хотя при выполнении знаковых тестов с предметами оно испытывало затруднения, характерные для больных с афазией. Предположение Зайделя было следующим: разница между полушариями в способности к пониманию оказалась несколько меньшей, чем предсказывалась. Выявленные ранее различия в понимании глаголов и существительных могли быть артефактом способа предъявления стимулов. Когда правое полушарие располагает достаточным временем для того, чтобы обработать глагол (как это возможно в процедуре с использованием Z-линзы), создается впечатление, что оно справляется с заданием так же хорошо, как левое. Тем не менее полученные результаты так и не дали Зайделю возможность сделать вывод относительно лингвистического «возраста» или «здоровья» правого полушария.
В тех редких случаях, когда повреждение левого полушария наблюдалось в раннем возрасте, больные с расщепленным мозгом демонстрируют способность говорить благодаря правому полушарию. Исследования М. Газзанига и коллег показывают, что интактное неповрежденное полушарие может принимать на себя функции поврежденного. Но это пока лишь гипотез а, вызывающая новые вопросы, ответы на которые еще предстоит получить. Изучение зрительно-пространственных функций полушарий при исследовании расщепленного мозга позволило определить виды деятельности, которые осуществляются лучше правым полушарием. Представляется, что пространственные соотношения между частью и целым воспринимаются лучше правым полушарием. Это очень наглядно проявляется при решении задачи с кубиками Кооса. При этом испытуемый с расщепленным мозгом действует правой рукой нерешительно и медленно, левая же выполняет задание быстро и правильно. Возможно, что правое полушарие доминирует при внешнем выражении понимания зрительной информации. Однако следует принимать во внимание наличие исполнительного мани-пуляционного компонента в выполнении подобного рода задач. Если же задание окажется только зрительным, асимметрии, обязанные своим появлением правому полушарию, могут исчезнуть или уменьшиться.
Эксперимент с расщепленным мозгом
Мозг изучают многие, но пока известно про него недостаточно. Некоторые болезни, например тяжёлые формы эпилепсии, удаётся вылечить лишь разорвав связи между двумя полушариями. Изучение людей, которым сделали такую операцию, дало немало информации о том, как функционирует мозг.
В нашем теле почти всего по паре. Через него мысленно можно провести линию от головы до пяток, и справа от этой линии будет то же самое, что слева, — это называется двусторонняя, или билатеральная, симметрия. В головном мозге почти все структуры тоже парные. Это касается и его больших полушарий. Они, как и глубже лежащие и более древние его области, взяли на себя контроль за разными сторонами тела. Правое полушарие отвечает за левую сторону, левое — наоборот, за правую.
Полушария, как и половины тела, всё-таки не абсолютно одинаковы. У большого процента людей левое полушарие доминирует над правым, а значит, они совершают больше действий правой рукой, шаг правой ноги у них чуть длиннее, чем левой, и так далее…
Правши и левши существовали уже десятки тысяч лет назад. Доисторические Homo sapiens и их соседи неандертальцы обрабатывали некоторые предметы, например куски кожи, так: один конец клали в зубы, а второй брали рукой и натягивали. Орудием в другой руке отрезали куски, а чтобы было удобнее, поворачивали голову в противоположную сторону. От этого на зубах возникали борозды, развёрнутые в определённом направлении. У большинства находок следы на зубах указывают, что древние люди держали орудия чаще правой рукой, то есть были правшами.
А в 2016 году исследователи из нескольких университетов Испании, Южной Африки, Италии и США обнаружили аналогичные следы на зубах такого древнего Homo, как человек умелый возрастом 1,8 миллиона лет.
Человек умелый — правша отрывает куски от предмета, зажимая его зубами и левой рукой, а каменный скребок держа в правой. Борозды от регулярного использования зубов как тисков, в которых предмет всегда повёрнут одинаковым образом, имеют одно и то же направление.
Правда, до недавнего по геологическим меркам времени никто не знал, почему одни люди левши, а другие правши и правшей больше. Догадки стали появляться, когда люди осознали связь между нервной системой и движениями — в XVIII–XIX веках. Тогда родилась мысль, что разные участки мозга могут отвечать за действия разных рук и прочих конечностей. Но этот подход — локализационизм — оспаривали представители другого течения — эквипотенциализма. Они говорили, что в мозге всё отвечает за всё, и для правильного функционирования важно только, сколько нервных клеток есть у организма.
Сейчас мы знаем, что обе точки зрения верны, но только для разных функций и в разных случаях. Многие клетки выполняют чётко заданные функции, но если их не станет, «соседи» в ряде случаев смогут взять чужую работу на себя. Это называется пластичностью мозга, у детей и подростков она особенно велика.
Френология: личность по черепу
Френология — система идей, которую в начале XIX века предложил австрийский анатом Франц Йозеф Галль. Он считал, что за разные свойства личности и психики отвечают разные части полушарий, и если какая-то черта характера хорошо развита, то соответствующий участок мозга разросся, а если свойство выражено слабо, «его» участок мозга имеет малый объём — и разглядеть такие различия между участками можно на поверхности головы. Бугорки на черепе указывают на развитость конкретной черты, а впадины — на её слабую выраженность.
На самом деле такого чёткого разграничения функций в коре больших полушарий нет, и она не разрастается настолько, чтобы это меняло форму черепа: между ним и мозгом ещё три оболочки. Поэтому наблюдения Галля были лженаучны и по точности походили на астрологический прогноз. Кроме того, френология была вредна: человека могли осудить за преступление, потому что у него ярко выражен «бугорок жестокости», а у других подозреваемых нет. Тем не менее именно благодаря френологии в умы запала идея, что участки мозга обладают специализацией, то есть разные области коры больших полушарий выполняют неодинаковые функции.
Левши и правши у животных
Функциональная асимметрия встречается не только у людей, но и у других животных, начиная с шимпанзе и бонобо и заканчивая такими древними и примитивными организмами, как трилобиты.
У большинства ископаемых трилобитов Omegops cornelius из девонского периода панцири при линьке разламывались справа, а значит, они в попытке скинуть старую оболочку чаще всего вращались против часовой стрелки. А Plagiolaria nandanensis предпочитали двигаться в обратном направлении. Это обнаружили сотрудники Китайского геологического университета в городе Ухань в 2017 году.
При линьке трилобитов головная часть отделялась от основного панциря. То, с какой стороны она окажется в ископаемом остатке, определялось направлением вращения животного. Omegops предпочитали вращаться влево, то есть против часовой стрелки, и головную часть их старого панциря уносило вправо. у Plagiolaria происходило наоборот.
В любом случае локализационистам требовалось показать хотя бы на примере одной группы клеток мозга, что она занимается чем-то, что никто, кроме неё, делать не может. И доказательство нашлось в 1860‑х годах. Французский врач Поль Брока работал с пациентами с неврологическими нарушениями. У некоторых из них в результате сифилиса, инсульта или черепно-мозговых травм была повреждена часть лобной доли одного из полушарий. Брока заметил, что все «левополушарные» больные, в отличие от «правополушарных», теряли способность складывать слова в предложения, хотя прекрасно понимали, что им говорят, и их интеллект в результате повреждения не снижался.
Поражение зоны Брока у пациента по имени Лелонг. Изучив его мозг, учёный пришёл к выводу, что за способность к связной речи отвечает именно эта зона, и даже воскликнул: Nous parlons avec l’hemisphere gauche! («Мы говорим левым полушарием!»).
После смерти некоторых больных Брока препарировал их головной мозг и отмечал патологии в его строении. Те, у кого нарушалась речь, то есть наблюдалась афазия, имели повреждения одного и того же участка коры лобной доли левого полушария. Этот участок впоследствии назвали зоной Брока. Травма зеркально расположенных тканей правого полушария не вызывала афазии, поэтому Брока заключил, что «центр речи» у людей находится только в левом полушарии.
Чуть позже немецкий невропатолог Карл Вернике обнаружил, что люди теряют способность понимать свою и чужую речь, если у них нарушена структура одного из участков височной доли — и снова левого полушария! Оказалось, «центров речи» в левом полушарии как минимум два: один позволяет сказать, а другой — понять сказанное. Это зона Брока и зона Вернике соответственно. Они соединены «канатом» из нервных волокон, получившим название аркуатный пучок.
А что же тогда делают клетки на месте зоны Брока и зоны Вернике в правом полушарии? Исследования больных с травмами мозга, а также электроэнцефалография (ЭЭГ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) показали, что эти участки мозга отвечают за восприятие и воспроизведение мелодий. Но так бывает не всегда. У небольшого процента людей центры речи располагаются в правом полушарии. Таких уникумов немало среди билингвов и трилингвов — людей, в совершенстве говорящих на двух и трёх языках соответственно. Один язык они «учат» левым полушарием, а другой могут «узнать» правым. Поэтому если центр речи с одной стороны у них повреждается, они всё равно сохраняют способность говорить на одном из языков.
Если центры речи лежат в левом полушарии, получается, что правое в каком-то смысле не умеет разговаривать. Но как понять, что оно чувствует? Как отделить его реакции от реакций левого полушария?
На эти вопросы ответили американские нейробиологи и психологи Роджер Сперри, Майкл Газзанига и Джозеф Леду в 1960–1970‑х годах. Сперри вначале проводил опыты с кошками и макаками, которым перерезали мозолистое тело — сложносоставный пучок волокон, идущих из одного полушария в другое. В дополнение к этому животным иногда повреждали переднюю комиссуру — связку между полушариями более скромных размеров. А потом смотрели, как изменится поведение испытуемых. Кроме того, Сперри придумал показывать двум полушариям разные стимулы: ставить перед носом животного непрозрачную перегородку и по обе стороны от неё класть разные предметы. После экспериментатор проверял, какие из них запомнились, а какие нет.
Как соединены два полушария?
Тяжи нервной ткани, соединяющие две одноимённые части нервной системы в двух половинах тела, называются комиссурами. Эти поперечные перемычки есть не только у человека, но и, например, у плоских червей.Большие полушария конечного мозга связаны передней комиссурой (анатомически она ближе к носу) и мозолистым телом. Мозолистое тело гораздо крупнее передней комиссуры, и по ним передаётся разная информация.
Но, конечно, интереснее были опыты на людях с перерезанным мозолистым телом: ведь люди могут сказать, что они видели, а что нет. Разумеется, нарочно проводить такую операцию — расщепление мозга — экспериментаторы не могли: это негуманно. Но Сперри, а затем и Газзанига с Леду искали тех, кому расщепили мозг в медицинских целях. Мозолистое тело порой перерезают, если человек страдает эпилептическими припадками, затрагивающими целое полушарие, а лекарства не помогают. Нарушение целостности мозолистого тела мешает патологически высокой активности нейронов перекинуться с одного полушария на другое и вызвать ещё более сильный припадок.
Пациентам с расщеплённым мозгом, как и кошкам и макакам, показывали два объекта: один — правому полушарию, другой — левому. Затем оба предмета убирали, отодвигали перегородку и просили человека сказать, что он видел. Испытуемые называли тот предмет, который предъявляли их левому полушарию. Его показывали правому глазу, так как пути передачи зрительной информации в мозге перекрещиваются. Ну а если левому полушарию ничего не показывали, то даже если правому что-то и предъявляли, человек отвечал, что ничего не видел.
Хотя правое полушарие не имело возможности поведать о своих ощущениях, оно могло показать на нужный предмет левой рукой. Поэтому если пациента просили указать на увиденные им чуть раньше предметы, руками он верно выбирал картинки.
Эксперименты Роджера Сперри и его коллег с пациентами с расщеплённым мозгом
1. Правому полушарию предъявляют изображение молотка и просят испытуемого сказать, что он видел. «Говорящее» левое полушарие отвечает, что ничего не видело, и для него это правда.
2. Правому полушарию предъявляют изображение молотка и просят испытуемого левой рукой указать на предмет, который он видел. Испытуемый верно выбирает молоток. Это означает, что правое полушарие может хранить зрительные образы, хотя не способно «говорить».
3. Левому полушарию предъявляют изображение яблока и просят испытуемого сказать, что он видел. «Говорящее» левое полушарие даёт верный ответ: «Яблоко».
Похожие эксперименты Сперри, Газзанига и Леду проводили сотни раз, и казалось, что они уже не дают новой информации. Но в какой-то момент Майклу Газзаниге пришла в голову идея, как усложнить тест. По его задумке, надо было демонстрировать каждому полушарию своё изображение, потом просить испытуемого каждой рукой выбрать фото предмета, наиболее тесно связанного по смыслу с увиденным, а после этого отодвинуть перегородку и предложить словами объяснить выбор. То есть левое полушарие должно было рассказать о том, о чём не имело представления.
Вот классический пример. Правое полушарие видело заснеженный пейзаж, а левое — лапу курицы. Правое полушарие посредством левой руки выбрало лопату: этим предметом можно разгребать снег. Но левое полушарие было не в курсе этой логической цепочки. И вместо того чтобы признаться в этом, оно моментально придумало нелепое объяснение: «потому что лопатой чистят курятник».
Эксперимент Майкла Газзаниги
Эксперимент с выбором предмета, связанного по смыслу с картинкой. Правое полушарие видит снег и выбирает лопату, левое видит лапу курицы и выбирает куриную голову.
Подобные ситуации повторялись вновь и вновь с разными испытуемыми. Левое полушарие будто не хотело признаваться, что чего-то не знает, и находило причины для всех поступков «хозяина». Неважно, насколько эти причины были глупыми. Поэтому Майкл Газзанига назвал левое полушарие интерпретатором. Получается, в природе человека заложено искать объяснения всему на свете, в первую очередь собственным действиям.
Правда, Газзанига не выяснил, какая именно часть левого полушария так стремится объяснить все действия человека. Скорее всего, внутри интерпретатора есть несколько модулей с разделением труда.
Также Леду и Газзанига уточнили, что у человека делает передняя комиссура. Её при операциях по рассечению мозолистого тела обычно не трогают, так что у испытуемых она была цела и служила единственным источником связи двух полушарий. Выяснилось, что передняя комиссура передаёт информацию об эмоциях. Это показали эксперименты, когда правому полушарию показывали страшные видео, как один человек толкает другого в огонь, а левому — нейтральные записи. После таких опытов испытуемым было не по себе, хотя они не могли словами объяснить причины страха.
«Не знаю почему, но я чувствую себя напуганной. Как-то мне неспокойно… Я знаю, что мне нравится доктор Газзанига, но прямо сейчас я как будто боюсь его».
Чтобы увидеть ряд различий между полушариями, не обязательно повреждать мозг. Левое и правое полушария могут различаться по степени электрической активности — это выявляет ЭЭГ, или по тонусу кровеносных сосудов и их наполнению — это выявляет фМРТ. Опыты с использованием этих методик показали, что каждое полушарие специализируется на конкретных вариантах восприятия и движений. Это называют функциональной асимметрией.
После того как информация о функциональной асимметрии пошла в народ, она породила ряд заблуждений. Появились курсы по «правополушарному рисованию», книги, якобы обучающие, как думать правым полушарием вместо левого, и многое другое. И тут наше левое полушарие-интерпретатор должно было бы напомнить, что две половины мозга нам даны не просто так, а по какой-то причине, и развивать одно невозможно без второго — если, конечно, у вас не расщеплён мозг. Ну и потом, между функциями двух полушарий всё же гораздо больше пересечений, чем различий.