Ребекка Шварцлоуз – Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни (страница 3)

Ответ на этот вопрос начинается не в мозге, а в других частях тела. Точнее, в тех ключевых участках, где тело соприкасается с внешним миром. Самая обширная и очевидная зона контакта – это кожа, но также сетчатка, расположенная на дне глазных яблок. А еще улитка в глубине каждого уха. И тонкие ткани, выстилающие изнутри наши ноздри, и влажные поверхности языка и ротовой полости. Именно здесь все происходит. Эти поверхности – входные двери, через которые мы получаем информацию из внешнего мира. Эти поверхности покрыты чувствительными рецепторными клетками, которые детектируют во внешнем мире информацию и передают ее в мозг в виде внутренних сообщений. Эти рецепторы чрезвычайно ценны. Без них наша жизнь протекала бы в отрыве от внешнего мира.

Давайте поближе рассмотрим один элемент, связывающий нас с реальностью, – кожу. Кожа имеет непрерывную поверхность. Если вы посмотрите на какую-то специфическую точку кожи, с большой вероятностью слева и справа, выше и ниже тоже будет кожа. Конечно же, разрывы есть, такие как глаза, рот и ноздри. Но вокруг них кожа продолжается, как вокруг озера продолжается берег. Кожа стопы прилегает к коже щиколотки, а та соседствует с кожей голени. Иными словами, свойства кожи распространяются на непрерывную поверхность. Это означает, что кожа, как поверхность Земли или Луны, имеет топографию, или ландшафт. Представьте себе живущих на нашей коже микробов. Если бы колонии микробов умели общаться и исследовать территорию, они могли бы расчертить ландшафт (кожный покров) нашего тела и путешествовать по этой территории, ориентируясь на указатели. Хотите попасть под мышку? Возьмите вправо у пупка, а потом влево после той странной родинки.

Но хотя наша кожа непрерывна, тактильные рецепторы дискретны. В коже много тысяч рецепторов. Одни реагируют на повреждения и на сигналы боли, другие регистрируют давление, вибрацию или тепло. Рассмотрим группу рецепторов, специфическим образом реагирующих на давление и вибрацию кожи. Благодаря им мы можем чувствовать удары и отличать гладкую поверхность от шершавой. Каждый такой рецептор творит чудеса в одной конкретной точке на поверхности кожи. Рецептор на коленной чашечке правой ноги настроен на восприятие и передачу сигнала прикосновения к конкретному участку этой коленной чашечки. И все. Представьте себе его как землевладельца-затворника, притаившегося со своим ружьем: “Весь мир может делать, что ему вздумается, но если кто-то ступит ногой на мою землю, он дорого за это заплатит!”

Для этого маленького коленного рецептора важна только территория колена. Ученые называют рецептивным полем то поле (или зону), из которого клетка получает информацию. Изменение давления в рецептивном поле вызывает реакцию – клеточный сигнал. Что-то происходит! Изменение давления вне рецептивного поля ничего не вызывает. Как землевладельцы, одни рецепторы отвечают за более обширные участки, чем другие, но активность всех рецепторов ограничена только их конкретным участком кожи. Не спрашивайте рецептор колена, что происходит на спине. Он не отличит превосходный массаж от удара или от полного отсутствия контакта. Каждый чувствительный рецептор рассказывает историю только маленького участка кожи и передает ее в мозг.

Именно с этого начинается отображение. Сигналы, посылаемые одним рецептором, скажем, с кожи правого колена, отображают давление на этот участок кожи. И поэтому, если я хочу узнать, давит ли что-то на ваше колено, мне не обязательно исследовать колено. Вместо этого я могу прислушаться к сигналам, идущим от кожи к мозгу. Сигнал от этого рецептора сообщит все, что мне нужно знать об этом конкретном участке кожи. Сигнал отображает физическую силу, действующую на конкретную часть тела.

Представьте себе, что мы следуем за сигналом, отправленным рецептором вашего колена в мозг, где он достигает клетки мозга, называемой нейроном. При этом, заметьте, сигнал приходит не к первому попавшемуся нейрону. Наш ценный сигнал достигает только правильного нейрона, который специализируется на сборе информации о прикосновении, но не о свете, вкусе, запахе или звуке. Более того, этот нейрон имеет узкую специализацию и собирает информацию только о прикосновениях в области колена, но не локтя или лица. И хотя нейрон находится в мозге, а не на коже, у него есть рецептивное поле – чертеж кожи колена. И это все, что он знает; он получает информацию только об этом отдельном участке.

Аналогичным образом, когда этот нейрон готов отправлять сигнал в другие части мозга, он может сообщить только то, что знает: информацию о прикосновении к колену. Хотя нейрон находится не в колене, а в голове, его сигнал отображает тактильную информацию о колене. Когда клетка отправляет сигнал в другие части мозга, этот сигнал что-то означает. Он отображает происходящее на каком-то конкретном участке кожи. Именно в этом заключается идея об отображении в мозге, и именно это является необходимым элементом для построения карт мозга и реализации многих его функций. Если бы мозг не создавал таких отображений, мы бы не выжили. Мозг позволяет нам собирать информацию от наших чувствительных рецепторов и посылать инструкции мышцам только за счет возможности отображать, что чувствуют рецепторы и как двигаются мышцы.

Благодаря этому отображению, анализируя активность мозга человека, нейробиологи могут определять, что чувствует кожа. И также могут создавать у человека тактильные ощущения, дотрагиваясь напрямую до его мозга. И это важная сторона отображения: когда мы знаем, как это работает, мы можем регистрировать сигналы мозга и даже их изменять.

Отображение зрительных сигналов происходит примерно так же, как отображение тактильных. Зрение начинается в задней части глазного яблока. Когда крохотные частицы света, фотоны, попадают в глаз, они проходят через глазное яблоко и приземляются на тонкой ткани сетчатки. В сетчатке содержатся миллионы чувствительных рецепторов, улавливающих фотоны света.

Кожа непрерывна, и сетчатка, выстилающая заднюю часть глазного яблока, тоже представляет собой непрерывный слой. Сетчатка, как кожа, тоже характеризуется наличием топографии. В частности, в сетчатке есть заметное углубление – центральная ямка. Когда вы смотрите, скажем, на красный сигнал светофора, свет от этого источника попадает в глаз и встречается с чувствительным рецептором в центральной ямке. Поскольку свет распространяется по прямой, а рецепторы глаза зафиксированы на месте, рецептор центральной ямки улавливает и отображает только тот свет, который поступает из центра поля зрения – оттуда, куда вы смотрите в этот момент. Аналогичным образом рецептор, расположенный на отдалении от центральной ямки, обнаружит и отобразит только свет, идущий из другой точки пространства, удаленной от того места, куда направлены ваши глаза. Итак, рецепторы глаз, как и рецепторы кожи, имеют рецептивные поля, позволяющие сетчатке и в конечном итоге мозгу отображать информацию, собираемую глазами, – отображать то, что мы видим.

Но хотя кожа и сетчатка – непрерывные поверхности, наша способность чувствовать прикосновение кожей или свет глазом не является непрерывной. Она формируется как сумма маленьких сигналов, идущих от мельчайших участков. Как мозаика из цветных фрагментов, формирующих единую осмысленную картину, наши ощущения света и прикосновения составляются воедино из отдельных фрагментов информации. То же самое справедливо и в отношении слуха.

Как эти обрывки восприятия интегрируются, образуя более цельный тактильный, зрительный или звуковой опыт? Ученые пока не знают окончательного ответа на этот вопрос, но им известно, что интеграция происходит не единовременно. Мозаика информации, которую мы получаем от наших чувствительных рецепторов, складывается за несколько этапов (рис. 1). Эти этапы реализуются по мере перемещения информации об отображении из одной части мозга, имеющей свою карту, в другую часть. Возможно, кажется удивительным, что наше восприятие мира активно создается мозгом из тысяч точек, и странно представлять себе, как эти точки возникают и постепенно сливаются на нескольких картах, создавая знакомый нам опыт. Однако именно такова реальность восприятия и удивительная природа наших чувств.

Рис. 1. Схема превращения рецептивных полей в нейронные отображения в тактильной (вверху) и зрительной (внизу) системе. Художник Пол Ким.

В конце XIX века, незадолго до того, как Тацудзи Иноуэ начал изучать пулевые ранения и исследовать поля зрения, большинство ученых пришли к выводу, что зрительный образ формируется где-то в задней части мозга. Они уже знали, что отображение является пространственным и что схема образа в мозге отражает картину световых сигналов, попадающих в глаз. Однако не было известно точно, где и как располагается эта странная карта.

Шведский невропатолог Саломон Хеншен, обследовавший более сотни пациентов, правильно указал место в задней части мозга, где формируется зрительный образ[2]. Он даже предложил теорию формирования карты в этом участке, но его объяснение оказалось неверным. Повреждения мозга его пациентов были слишком разнообразными для проведения более тщательных наблюдений. Примерно через десять лет молодому Иноуэ удалось сделать то, чего не смог Хеншен, и в значительной степени его успех стал возможен благодаря жестокой эффективности новых русских винтовок. Чистые и четко очерченные отверстия от пуль, выпущенных из этих винтовок, и создаваемые ими небольшие скотомы позволили связать пулевые отверстия со слепотой и в результате обнаружить зрительные карты, спрятанные в мозге у солдат.