Ребекка Шварцлоуз – Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни (страница 13)

Рис. 13. Соматосенсорная карта S1 пони, демонстрирующая увеличение в области ноздрей. Художник Пол Ким.

Адриан обнаружил сильнейшее искажение соматосенсорной карты S1 у всех существ, которых он изучал. Однако специфический характер искажения (какие именно части тела увеличены и насколько), по-видимому, уникален для каждого конкретного вида. У овец и коз на карте доминировали губы. У обезьян была увеличена область передних лап. У кошек и собак была увеличена вся морда, но особенно кончики вибрисс (жестких волосков на морде, которые мы называем усами)[34]. Сильнее всего профессора поразил пятачок свиньи, который, насколько он мог судить, занимал всю карту S1 этого животного. Адриан отметил невероятно большое значение этой части тела для свиньи: “Пятачок свиньи – важнейший функциональный и главный тактильный орган, который копает наряду с передними ногами, тогда как задние ноги – лишь опора для тела”[35]. В более поздних исследованиях на карте S1 свиньи был выявлен еще один участок, который Адриан не нашел, поскольку он скрыт в складках мозга. Этот скрытый участок карты отображает все остальные части тела свиньи, но его площадь составляет лишь около половины площади территории, отведенной под пятачок[36] (рис. 14).

Рис. 14. Соматосенсорная карта S1 свиньи, отражающая непомерно большой пятачок. Художник Пол Ким.

У всех изученных видов животных Адриан обнаружил одну универсальную характеристику: на карте S1 была увеличена какая-то часть головы или морды[37], возможно, по той причине, что у четвероногих существ голова и морда выделяются на передней части туловища и первыми из всех частей тела сталкиваются с новыми предметами в окружающем пространстве.

А что можно сказать об обезьянах и их родственниках людях? Мы редко исследуем мир с помощью ноздрей или губ, хотя наши лица и губы снабжены дополнительными тактильными рецепторами и этим частям тела соответствуют крупные зоны на наших картах S1. Почему это так? Адриан пришел к выводу, что “объяснение, по-видимому, заключается в том, что мы произошли от животных без кистей рук, которые использовали рыло и длинные волоски на морде (вибриссы) в качестве самых точных тактильных инструментов”[38]. Иными словами, мы ощущаем лицом больше, чем это необходимо, поскольку наши отдаленные предки передвигались на четырех ногах, как свиньи, и имели повышенную вероятность выжить при наличии большого количества тактильных рецепторов на морде. В таком случае наше тактильное восприятие соответствует не только форме нашего тела и нашим нуждам, но и форме тела и нуждам существ, от которых мы произошли.

Со времен ранних работ Адриана ученые изучили характер искажения карт S1 разнообразных экзотических существ, живущих в самых разных условиях. Мой любимец – голый землекоп; этот родственник крысы выбрал жизнь под землей в засушливой Африке. В своих темных норах землекоп познает мир через ощущения четырех выдающихся вперед зубов. Резцы землекопа – идеальный инструмент для тактильных исследований. Когда он наталкивается в норе на незнакомый предмет, он тычет в него зубами, чтобы выяснить, что это такое. И хотя на эти четыре резца в сумме приходится не более 1 % поверхности тела животного, их отображение занимает почти треть его карты S1[39].

Другой подземный житель, звездонос, предпочел влажную почву Северной Америки. Это существо обладает удивительным носом в форме звезды с 11 отростками, отходящими в виде воронки от каждой ноздри. Животное использует этот чрезвычайно чувствительный нос для ориентирования в темных глинистых туннелях и для добычи червей, насекомых и другой пищи. Когда звездонос находит нечто интересное, он дотрагивается до него одним из коротких отростков, чтобы понять, не съедобно ли это. Важная роль удивительного тактильного органа звездоноса отражается на его карте S1: примерно половина карты отводится под отображение крохотного носа этого существа[40]. Но искажение на этом не заканчивается. На карте S1 звездоноса отражены все 11 отростков, окружающих каждую ноздрю, но отражены неравномерно. Хотя отросток 11 является самым маленьким придатком каждой звезды, ему на карте S1 отводится в пять раз больше места, чем некоторым более крупным отросткам (рис. 15).

Искаженность карт наводит на очевидные мысли. Карты мозга любого существа специфическим образом отображают признаки, которые необходимы животному для наилучшего удовлетворения его нужд. Животные рождаются с неравномерным строением кожи; некоторые участки более удобно расположены для решения важнейших тактильных задач, и в результате эволюции они приобрели больше тактильных рецепторов, чем другие участки. Как зрительная система учитывает небольшое неравенство между центральной ямкой и периферией сетчатки и увеличивает его в сотни раз на зрительных картах мозга, так и соматосенсорные карты мозга тоже используют различия в чувствительности участков кожи и создают еще большую диспропорцию в мозге.

Эта диспропорция направляет наши действия и наш выбор. Если вы хотите понять, изготовлена ли ткань из хлопка или полиэстера, чем вы будете ее трогать – пальцами или локтем? Если вы хотите понять, созрела ли груша или свеж ли салат, вы пощупаете их костяшками или кончиками пальцев? Ощупывание кончиками пальцев – то же самое, что перемещение взгляда таким образом, чтобы интересующий предмет оказался в зоне наилучшего восприятия – в центральной ямке. Искаженные карты мозга заставляют нас перевести взгляд, чтобы видеть, или протянуть руку, чтобы потрогать, поскольку мы можем чувствовать, видеть и распознавать намного больше, когда используем эти зоны наилучшего восприятия. Благодаря такой искаженности кончики пальцев позволяют нам отличить хлопок от полиэстера, а отросток 11 у звездоноса позволяет ему отличить червя от несъедобного камня. Эта диспропорция обеспечивает всех животных зонами наилучшего восприятия – от губ овцы до ноздрей пони и зубов голого землекопа, – позволяющими распознавать окружающий мир через прикосновение.

Рис. 15. Фотография звездоноса (слева) и одной из его звездчатых ноздрей с пронумерованными отростками (справа вверху), а также окрашенный срез мозга из области соматосенсорной карты S1 этого животного, демонстрирующий соответствующее отображение отростков на карте (справа Optimal Foraging. PNAS, vol. 109, supplement 1. Copyright © 2012 by the National Academy of Sciences. внизу). Источник: Kenneth C. Catania. Evolution of Brains and Behavior for for Optimal Foraging. PNAS, vol. 109, supplement 1. Copyright © 2012 by the National Academy of Sciences.

Поскольку карты мозга функционируют по одним и тем же основным принципам у всех видов организмов, их можно использовать для сравнения нашего перцептивного опыта с опытом других существ. Точно спроецировать перцептивный опыт одного животного на перцептивный опыт другого невозможно. Но Адриан попробовал это сделать, когда изучал в своей полуподвальной лаборатории копытных животных. Он хотел оценить, насколько сильно увеличена карта пятачка свиньи по сравнению с картой человеческой руки[41]. Он сопоставил площадь поверхности пятачка с площадью участка мозговой карты S1, соответствующей пятачку. На каждый квадратный сантиметр коры, отображающей пятачок, приходилось около 10 квадратных сантиметров кожи пятачка: соотношение 1 к 10. А затем он получил аналогичные значения для человеческой ладони. На каждый квадратный сантиметр коры мозга, отображающей человеческую ладонь, приходится 75 квадратных сантиметров поверхности ладони: соотношение 1 к 75. Эти грубые подсчеты показывали, что свинья с помощью пятачка может чувствовать больше тонких деталей, чем мы с помощью руки.

Зная карту S1 свиньи и человека и имея собственный перцептивный опыт, можно порассуждать на тему о том, что ощущает свинья. Когда штанина фермера касается ее морды, она чувствует не то же самое, что чувствуем мы, когда ткань касается нашего лица. Она чувствует гораздо больше. И лучшее, что мы можем сделать для аппроксимации ее ощущений, это представить себе, что в центре лица у нас не нос, а ладонь, открытая в сторону этой ткани и всего мира. Мы можем ощутить волну ткани, след касания, тепло и тяжесть. И если бы наш свинячий мозг имел какое-то представление о подобных вещах, мы бы тут же поняли, сделаны ли эти штаны из хлопка или из полиэстера.

Если вы в первый раз представляете себе, что означает быть свиньей, вы уж наверняка никогда не воображали жизнь в теле крысы. Вибриссы для крысы – то же, что пятачок для свиньи. Кожа у основания каждой вибриссы чрезвычайно чувствительна к малейшим отклонениям этих специализированных волосков. Вибриссы – хитроумное изобретение, поскольку они позволяют животным выносить тактильные ощущения наружу, за пределы морды. В ночной темноте крысы могут быстро перемещаться по канализационным трубам, полям или подвалам именно благодаря вибриссам, выступающим вперед и в стороны от морды. Когда животное приближается в темноте к предметам или преградам, вибриссы сдвигаются, и так крыса понимает, что в непосредственной близости от нее что-то есть. За счет лицевых мышц крысы способны двигать вибриссами вперед и назад долгими непрерывными волнами, что позволяет собирать тактильную информацию разного типа, включая подробности о природе, форме и текстуре предметов на ее пути. Область соматосенсорной карты S1 крысы, отвечающая за вибриссы, по площади намного превосходит все остальные области[42], занимая как минимум четверть всей карты. Область вибрисс разделена на зоны, и каждая зона отображает отклонение одной конкретной вибриссы. Как показано на рис. 16, расположение этих зон на карте S1 в точности отражает расположение вибрисс на морде животного. На первой панели рис. 17 показано, в какой степени отображение вибрисс доминирует на соматосенсорной карте S1 крысы. На второй панели представлена фотография окрашенного мозга крысы[43], позволяющая увидеть карту S1.