Текст книги "Мозг: прошлое и будущее. Что делает нас теми, кто мы есть"

Глава четвертая
В поисках Годо

Одно из величайших достижений современной медицинской техники – изобретение инструментов для сканирования мозга и процедур, которые позволяют врачам и ученым рассматривать живое содержимое черепа, не прибегая к хирургической операции. Эти процедуры оказали мощнейшее воздействие на научный прогресс, удостоились двух Нобелевских премий[173]173
  Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1979 год получили Аллен Кормак и Годфри Хаунсфилд «за изобретение томографии при помощи компьютера», а Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 2003 год – Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд «за изобретение метода магнитно-резонансной томографии».


[Закрыть] и, возможно, сказались на формировании популярных представлений о мозге сильнее всех остальных аспектов современной нейрофизиологии. Судя по распространенности и авторитетности методов сканирования мозга они, похоже, сами обрели сакральный статус. В наши дни ежегодно публикуется свыше 10 тысяч научных статей по медицине, где так или иначе упоминается сканирование мозга[174]174
  Поиск на PubMed по ключевому слову «neuroimaging» дает в среднем 10 039 статей в год за пятилетний период 2012–2016 гг. Поиск статей, в которых одновременно упоминаются слова «brain» и «imaging», дает в среднем 17 270 статей в год за тот же период.


[Закрыть]. Кроме того, сканирование мозга упоминается даже в столь далеких от нейрофизиологии областях, как экономика и юриспруденция. Сканы мозга вы наверняка видели: либо вращающиеся на экране трехмерные, на которых видно местоположение опухоли, либо переливающиеся яркими цветами, где показано, как на мозг влияет то или иное лечение или решение той или иной задачи. Если вам доводилось попадать в больницу с любыми неврологическими жалобами, вам, скорее всего, в ходе обследования делали рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) или магнитно-резонансную томографию (МРТ), так что вращающийся мозг и переливы цвета, возможно, были ваши. Очень многие из нас знакомятся с собственным мозгом именно благодаря сканированию.

Самая удивительная разновидность сканирования мозга – так называемое функциональное сканирование, изучение при помощи изображений мозга в действии, а не просто его структуры. Как правило, его проводят при помощи функциональной МРТ или фМРТ – этому методу я посвятил большую часть собственной карьеры. В девяностые годы прошлого века фМРТ стала самым мощным методом картирования мозговой деятельности человека, а в дальнейшем она прочно закрепилась как основа нейрофизиологических исследовательских программ во всем мире[175]175
  W. Belliveau et al., «Functional mapping of the human visual cortex by magnetic resonance imaging», «Science» 254 (1991): 716–719; S. Ogawa et al., «Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: Functional brain mapping with magnetic resonance imaging», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 89 (1992): 5951–5955.


[Закрыть]. Чтобы провести эксперимент с фМРТ, исследователи делают множество сканов мозга человека, лежащего в аппарате для МРТ в течение некоторого времени, и соединяют их, как фильм[176]176
  S. A. Huettel, A. W. Song, and G. McCarthy, eds., «Functional Magnetic Resonance Imaging», 3rd ed. (Sunderland, MA: Sinauer Associates, 2014).


[Закрыть]. Затем они анализируют серию изображений и выявляют перемены, зависящие от времени, соответствующие каким-то занятиям или ощущениям испытуемого. Эти перемены показывают, как влияют на поведение испытуемого разные отделы мозга. При помощи фМРТ исследователи смогли выявить отделы мозга, отвечающие за восприятие форм, цветов, запахов, вкусов, за ошибки, действия, эмоции, вычисления и многое другое. Иногда ученые ставят и более рискованные задачи – например, ищут, какие области мозга отвечают за юридическое мышление или за то, что человек предпочитает пепси-колу кока-коле[177]177
  S. Schleim, T. M. Spranger, S. Erk, and H. Walter, «From moral to legal judgment: The influence of normative context in lawyers and other academics», «Social Cognitive and Affective Neuroscience» 6 (2011): 48–57; S. M. McClure et al., «Neural correlates of behavioral preference for culturally familiar drinks», «Neuron» 44 (2004): 379–387.


[Закрыть]. В клинической практике врачи и ученые применяют фМРТ и смежные методы для распознавания аномалий мозговой деятельности, связанных с различными болезнями, например, с аутизмом или шизофренией. «Влияние исследований, основанных на фМРТ, изменило нашу жизнь», – говорит Брюс Розен, один из изобретателей этого метода[178]178
  B. R. Rosen and R. L. Savoy, «fMRI at 20: Has it changed the world?», «NeuroImage» 62 (2012): 1316–1324.


[Закрыть]. Ежегодно выходят сотни газетных статей, где речь так или иначе идет о фМРТ, так что этот метод воспринимается как флагман современной нейробиологии[179]179
  Поиск на LexisNexis Academic по ключевому слову «fMRI» с ограничением типа контента и категории «newspapers» дал 1187 результатов за период с 1 апреля 2013 года по 31 марта 2017 года.


[Закрыть]. Читателей интригуют броские заголовки вроде «Вот как выглядит мозг политика» или «Наблюдаем, как влюбленность истощает мозг»[180]180
  Marco Iacobini, Joshua Freedman, and Jonas Kaplan, «This Is Your Brain on Politics», «New York Times», 11 ноября 2007 года; Benedict Carey, «Watching New Love As It Sears the Brain», «New York Times», 31 мая 2005 года.


[Закрыть]. Особого внимания удостаиваются смелые заявления, что сканирование мозга позволяет читать мысли, разоблачать обман и помогать маркетологам продвигать товары. Психиатр Салли Сэйтел и психолог Скотт Лилиенфельд в разговоре о всеобщем энтузиазме по поводу подобных историй выразили сожаление, что функциональное картирование мозга в итоге вытеснило другие действенные методы анализа ментальных и поведенческих феноменов. При этом они признают, что «легко видеть, почему сканирование мозга так соблазняет всякого, кто мечтает приподнять завесу тайны над ментальной жизнью окружающих»[181]181
  Sally Satel and Scott O. Lilienfeld, «Brainwashed: The Seductive Appeal of Mindless Neuroscience» (New York: Basic Books, 2013).


[Закрыть].

Поскольку сканирование мозга позволяет встретиться один на один с живым человеческим мозгом, резонно представить себе, что фМРТ могла бы стать и противоядием против сакрализации мозга. Ведь для осознания биологической реальности, стоящей за разумом и душой человека, нет ничего полезнее, чем увидеть, как работает мозг у тебя в голове, при помощи функционального томографа и тому подобных приборов. В 2008 году появилась статья, вызвавшая много споров, авторы которой, психологи Дэвид Маккейб и Алан Кастел, предположили, что сканы мозга так привлекают дилетантов именно потому, что «обеспечивают абстрактным когнитивным процессам физическую основу»[182]182
  D. P. McCabe and A. D. Castel, «Seeing is believing: The effect of brain images on judgments of scientific reasoning», «Cognition» 107 (2008): 343–352.


[Закрыть]. Однако из этой главы мы узнаем, что в пользу такой точки зрения недостаточно доказательств. Более того, результаты сканирования мозга часто толкуются противоречиво и тем самым дают возможность выбирать между совершенно несовместимыми концепциями сознания и мозга. Даже главные научные открытия, сделанные при помощи сканирования мозга, – выявление областей мозга, ответственных за конкретные когнитивные задачи, – парадоксальным образом укрепляют дихотомию разума и тела, которую мы рассмотрели в предыдущих главах. Постараюсь доказать, что, если мы хотим в полной мере оценить место мозга в природе человека, нам следует заглянуть далеко за пределы возможностей современных методов сканирования мозга.

* * *

Для начала проверим, как вы отреагируете на настоящие данные функционального сканирования мозга. Рассмотрим рисунок 6. Со страницы на вас таращится пара пятнистых серых на черном эллипсоидов. Правый – скучный, почти что однотонный, зато левый весь испещрен яркими искорками. Если вы с луны свалились, то эти картинки ничего вам не скажут, – не более чем принаряженные пятна Роршаха, которым можно приписать какой угодно смысл. Но если вы, как и многие наши современники, натренированы массой подобных изображений в СМИ, то, вероятно, знаете, что это изображения мозга. По воле случая левый и правый овалы – это функциональные сканы мозга двух разных групп испытуемых. Скучный мозг справа – «группа, страдающая ожирением». Яркий мозг слева – «группа, не страдающая ожирением». Переливы тона, отсутствующие на картинке справа, отражают активацию области мозга под названием «префронтальная кора». Ниже красуется пояснение: «У испытуемых, страдающих ожирением, при демонстрации изображения пищи менее активированы области мозга, отвечающие за самоконтроль». Из этой зарисовки очевидным образом следует, что сканирование мозга помогает объяснить, как люди, страдающие ожирением, реагируют на пищу.

Верите ли вы этим результатам? Кажутся ли они вам интересными, а может быть, и неожиданными? Изменилось бы ваше мнение, если бы пояснение не сопровождалось сканами мозга? Влияют ли на вашу реакцию ваши представления о разуме и душе? Например, если вы религиозны, заставляет ли вера рассматривать сканы мозга и сопутствующее пояснение с большим или меньшим скептицизмом?

Рис. 6. Клиническая зарисовка с примерами функциональных сканов мозга из исследования Хук и Фара, изучавших воздействие сканов головного мозга на убеждения. Области активации обведены тонкими линиями из точек, положительные – светло-серые, отрицательные – темно-серые. Адаптировано с разрешения авторов по материалам статьи C. J. Hook and M. J. Farah, «Look again: Effects of brain images and mind-brain dualism on lay evaluations of research», «Journal of Cognitive Neuroscience» 25 (2013): 1397–1405, © 2013 Massachusetts Institute of Technology

Нейрофизиологи-когнитивисты Кейси Хук и Марта Фара задали эти вопросы в ходе масштабного исследования реакции на сканы мозга, проведенного в 2013 году[183]183
  C. J. Hook and M. J. Farah, «Look again: Effects of brain images and mind-brain dualism on lay evaluations of research», «Journal of Cognitive Neuroscience» 25 (2013): 1397–1405.


[Закрыть]. В частности, целью ученых было проверить гипотезу Маккейба и Кастела, согласно которой сканы производят такое сильное впечатление, поскольку показывают, что у ментальных процессов есть физические проявления. Если бы гипотеза Маккейба – Кастела была верна, рассуждали Хук и Фара, то те, кто верит в бестелесную душу, были бы сильнее прочих удивлены такими результатами сканирования мозга и не так охотно соглашались бы с ними. Показать таким дуалистам данные фМРТ – все равно что представить инопланетян человеку, который отрицает внеземную жизнь. С другой стороны, те, кто верит, что разум полностью материален, отнесутся к данным сканирования совершенно спокойно. Эти люди, которых часто называют физикалистами, вероятно, и так считают, что вся магия происходит в мозге, и совершенно не удивятся очередным новостям о связи мозга с поведением.

Примечательно, что по данным Хук и Фара дуалисты и физикалисты реагировали на предъявленные им данные функционального сканирования мозга одинаково. Примеры данных о физической манифестации разума в мозге удивляли и интересовали дуалистов в той же мере, что и физикалистов, – или наоборот. Более того, испытуемые реагировали примерно одинаково и на клиническую зарисовку без самих сканов, и на сканы с пояснением, хотя изначально исследователи предполагали, что изображения должны несколько подхлестнуть интерес. «Мы опросили 988 испытуемых, – заключили ученые, – и практически не нашли свидетельств, что сканирование мозга как-то влияет на имеющиеся дуалистические убеждения, если испытуемые сами в них признавались». Но если сканирование мозга доказывает, что у сознания есть сугубо биологическая основа, должно было быть совсем иначе.

Оказывается, убежденные дуалисты относятся к данным сканирования мозга вовсе не с недоверием или отвращением: напротив, они охотно соглашаются, что функциональное сканирование мозга – прекрасный инструмент для изучения бестелесной души, в которую они верят. Один из них – Далай-лама. В последние 10 лет духовный лидер тибетского буддизма сотрудничал с Ричардом Дэвидсоном, когнитивистом из Университета штата Висконсин. Они совместно провели серию экспериментов по сканированию мозга тибетских монахов во время медитации[184]184
  M. Kaufman, «Meditation Gives Brain a Charge, Study Finds», «Washington Post», 3 января 2005 года.


[Закрыть]. Согласно догматам буддизма, медитация – один из восьми шагов по духовному пути к нирване, вечному спасению из бесконечного цикла рождений, смертей и реинкарнаций. Однако Дэвидсон с коллегами обнаружили явные физические различия между паттернами мозговой деятельности при медитации у монахов и у послушников[185]185
  A. Brefczynski-Lewis, A. Lutz, H. S. Schaefer, D. B. Levinson, and R. J. Davidson, «Neural correlates of attentional expertise in long-term meditation practitioners», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 104 (2007): 11483–11488.


[Закрыть]. Результаты показали, что буддистские практики монахов влияют на то, как ведет себя их мозг во время медитации, и это прекрасно совместимо с дуалистическими представлениями самого Далай-ламы. Физикалисты скажут, что данные сканирования, которое проводил Дэвидсон, что-то говорят о том, какая мозговая деятельность стоит за актом медитации и за сознанием в целом, но Далай-лама переворачивает все с ног на голову. Он говорит, что его интересует, «в какой степени влияет на мозг само сознание, а особенно мысли о духовном»[186]186
  Sharon Begley, «How Thinking Can Change the Brain», «Wall Street Journal», 19 января 2007 года.


[Закрыть].

Работы Дэвидсона по изучению медитации у тибетцев относятся к области, которую иногда называют нейротеологией: речь идет о применении сканирования мозга и смежных методов для анализа мозговой деятельности во время самых разных духовных и религиозных практик[187]187
  D. Biello, «Searching for God in the brain», «Scientific American» 18 (2007): 38–45.


[Закрыть]. Само существование этой научной дисциплины основано на совместимости функционального сканирования мозга и религии. Нейротеологические лаборатории сопоставляли мозговую деятельность у верующих и неверующих во время логических рассуждений, морализаторства или молитвы. Эти исследования ведутся благодаря множеству верующих добровольцев, которые, очевидно, совсем не считают, что такие эксперименты противоречат их традиционным представлениям о душе. Большим пропагандистом нейротеологии был Эндрю Ньюберг из Пенсильванского университета, известный своими трудами по функциональному сканированию мозга. В ходе одного исследования группа Ньюберга набрала испытуемых из числа христиан-харизматов и пятидесятников и предложила им практиковать глоссолалию – вводить себя в эйфорическое состояние «говорения на разных языках»[188]188
  A. B. Newberg, N. A. Wintering, D. Morgan, and M. R. Waldman, «The measurement of regional cerebral blood flow during glossolalia: A preliminary SPECT study», «Psychiatry Research» 148 (2006): 67–71.


[Закрыть]. «Едва ли наука чем-то угрожает вере», – говорил пастор Джерри Штольцфус, участвовавший в экспериментах[189]189
  V. Mabrey and R. Sherwood, «Speaking in Tongues: Alternative Voices in Faith», ABC News, 20 марта 2007 года.


[Закрыть]. Позиция Штольцфуса очень напоминает представления Далай-ламы: «Наука лишь обосновывает веру», – утверждает он.

Ведущий нейротеолог Марио Борегар не ограничивается изучением духовных феноменов в мозге. Он автор нескольких книг, в которых отстаивает нематериалистические представления о сознании, но при этом приводит данные сканирования мозга, чтобы задокументировать неврологические параллели мистического опыта. В статье, опубликованной в «Scientific American»[190]190
  Scientific American – старейший научно-популярный американский журнал, выпускающийся с 28 августа 1845 года. Рассказывает о новых и инновационных исследованиях доступно как для специалистов, так и для дилетантов.


[Закрыть] в 2007 году, работы Борегара называются «поисками Бога в мозге»[191]191
  Biello, «Searching for God in the brain».


[Закрыть]. Борегар, как и Далай-лама, полностью признает, как важен для нас мозг, но считает его рабом бестелесного духа. «Существует огромное множество научных исследований, доказывающих, что наши мысли, верования и чувства влияют на происходящее в мозге», – пишет он[192]192
  Mario Beauregard, «Brain Wars: The Scientific Battle over the Existence of the Mind and the Proof That Will Change the Way We Live Our Lives» (New York: HarperCollins, 2012).


[Закрыть]. По мнению Борегара, томограф для функционального магнитно-резонансного сканирования – это инструмент, выявляющий, как дух воздействует на вещество мозга, а не объясняющий, что такое дух, с материальной точки зрения.

Все эти примеры, начиная с опроса Хук и Фара и кончая работами Борегара, показывают, что исследования фМРТ вполне можно примирить со сверхъестественными представлениями о разуме или душе. Словно мы, применяя фМРТ, чтобы приподнять завесу тайны над нашей ментальной жизнью, видим примерно то, что хотим. Хотя одни считают, что мозг порождает разум, а другие – что разум контролирует мозг, участие в этом мозга никого не удивляет. Даже Рене Декарт, чье имя стало синонимом дуализма, утверждал, что дух взаимодействует с телом через крошечную структуру в мозге – так называемое шишковидное тело. Сканирование мозга не дает информации, которая позволила бы доказать или исключить подобное взаимодействие между разумом и мозгом, и поэтому не может служить основой для разграничения между дуализмом и физикализмом. Чтобы понять, почему, давайте приоткроем завесу тайны над самими методами сканирования мозга и присмотримся к тому, какие знания они нам дают.

* * *

Современное сканирование мозга родилось в скучной больничной палате в Уимблдоне, неподалеку от тех мест, где проводят знаменитый теннисный турнир. Первого октября 1971 года женщина средних лет улеглась на спину на высокие носилки и согнула колени. Ее голова исчезла в большом прямоугольном ящике примерно метр на метр и толщиной в 25 см, стоящем на ребре на массивной станине. К одному ребру квадрата была подсоединена цилиндрическая капсула, которая плавно бегала от одного угла к другому, будто приманка на собачьих бегах. После каждого пробега капсулы квадрат, резко дернувшись, поворачивался вокруг головы пациентки. Капсула бегала, квадрат поворачивался, и этот ритм повторялся снова и снова – будто работал огромный неуклюжий часовой механизм. Через пять минут квадрат совершил вокруг головы женщины пол-оборота. В соседней комнате, набитой электроникой космической эры, на компьютерном экране мелькала картинка: белый овал на черном фоне. Темное, со слабо просматривающейся текстурой ядро овала было рассечено надвое туманной светлой полосой, но с одной стороны симметрия была грубо нарушена маленьким черным пятном[193]193
  «The Scanner Story», реж. Майкл Уайгл, EMITEL Productions, 1977.


[Закрыть]. Все это было похоже на картину Миро, но на самом деле представляло собой первый клинический скан мозга, а получили его Годфри Хаунсфилд и его коллеги при помощи прототипа рентгеновского КТ-сканера. У дамы с портрета была опухоль мозга – темное пятно в овале. Впоследствии ее удачно прооперировали, что было бы невозможно без этого блестящего достижения научного прогресса – сканирования мозга.

Основной принцип КТ – измерение рентгеновской проницаемости исследуемых тканей подо всеми возможными углами и во всех возможных положениях; установка Хаунсфилда позволяла сделать это при помощи собачьей приманки и вращающегося квадрата, в которых были установлены источник и детектор рентгеновских лучей. Затем изображение реконструировалось при помощи математического алгоритма. Однако КТ дает статичные изображения. В некоторых случаях КТ помогает выявить причины когнитивных расстройств, поскольку находит поврежденный участок, но она не показывает, что делает мозг во время сканирования.

Первые сканы мозга, позволяющие наблюдать биологические процессы в динамике, получались с использованием радиоактивных меток. Эти вещества почти аналогичны природным биологическим или фармакологическим молекулам, и, когда их вводят в организм при помощи инъекции или пациент принимает их внутрь, они занимают те же места и делают то же самое, что и их нерадиоактивные близнецы. Кроме того, радиоактивные метки испускают гамма-фотоны, которые легко проходят сквозь биологические ткани. Поскольку это излучение можно зарегистрировать неинвазивно даже при крайне низких дозах меток, риск побочных эффектов сведен к минимуму. Метки, которые называются «излучатели позитронов», испускают два гамма-фотона одновременно, что обеспечивает особенную пространственную точность и чувствительность метода. Трехмерные изображения этих молекул удалось получить при помощи позитронно-эмиссионного томографа (ПЭТ), который изобрели в 1975 году Майкл Тер-Погосян, Майкл Фелпс и их коллеги из Университета имени Вашингтона в Сент-Луисе[194]194
  M. Ter-Pogossian, M. E. Phelps, E. J. Hoffman, and N. A. Mullani, «A positron-emission transaxial tomograph for nuclear imaging (PETT)», «Radiology» 114 (1975): 89–98.


[Закрыть]. ПЭТ-сканирование быстро стало основой нескольких методов, позволяющих картировать те или иные аспекты мозговой деятельности. Один из них дает возможность наглядно рассмотреть метаболизм мозга при помощи позитрон-излучающей версии глюкозы (сахара) крови, главного источника энергии для нашего организма[195]195
  A. Newberg, A. Alavi, and M. Reivich, «Determination of regional cerebral function with FDG-PET imaging in neuropsychiatric disorders», «Seminars in Nuclear Medicine» 32 (2002): 13–34.


[Закрыть]. Радиоактивный агент 18F-фтордезоксиглюкоза (ФДГ) накапливается в тканях мозга пропорционально расходу глюкозы. Повышение радиоактивности ФДГ можно наблюдать и делать заключение, какие области мозга особенно активны, по крайней мере с точки зрения «потребления топлива». Другой метод функциональной ПЭТ применяет радиоактивные метки, которые запускаются в кровоток – [¹⁵О] – меченую воду и [¹³N] – меченый аммиак, – и таким образом измеряет перемены в мозговом кровообращении[196]196
  Michael E. Phelps, «PET: Molecular Imaging and Its Biological Applications» (New York: Springer, 2004).


[Закрыть]. Усиление кровообращения вызывается активностью нейронов, а значит, приводит к притоку меток в активные области мозга. Колебания кровообращения труднее интерпретировать в терминах нейронных механизмов, зато возникают они быстрее, чем измеримые изменения скорости обмена веществ. Аналогично работают и другие методы – при помощи радиоактивных меток, специально созданных для взаимодействия с теми или иными ферментами или рецепторами, исследуются конкретные нейрохимические процессы с участием этих ферментов или рецепторов.

Многие первые методы ПЭТ широко применяются и по сей день, их арсенал пополнился и методами с использованием новых меток. Например, в число недавних открытий вошла разработка ПЭТ-меток, выявляющих патологическую картину болезни Альцгеймера, – над их созданием работали Уильям Кланк и другие ученые из Питсбургского университета[197]197
  W. E. Klunk et al., «Imaging brain amyloid in Alzheimer’s disease with Pittsburgh Compound-B», «Annals of Neurology» 55 (2004): 306–319.


[Закрыть]. Однако изучение при помощи ПЭТ различных видов мозговой деятельности имеет свои недостатки. В частности, ПЭТ-сканы обладают довольно грубой зернистой пространственной структурой, то есть у них низкое разрешение. Для них типичен размер пикселей в несколько миллиметров, а значит, каждая точка на ПЭТ-скане соответствует десяткам тысяч клеток, а иногда затрагивает не один отдел мозга. А главное, ПЭТ-сканы делаются чудовищно медленно по сравнению с мозговыми процессами наподобие восприятия или мышления. Даже самые высокоскоростные эксперименты с функциональной ПЭТ требуют на создание одного скана около минуты, то есть почти в тысячу раз больше, чем требуется, чтобы узнать кого-то в лицо, и примерно в пять раз больше, чем потребовалось на всю игру в шахматы-блиц чемпиону мира Магнусу Карлсену, чтобы победить Билла Гейтса[198]198
  Peter Doggers, «Magnus Carlsen Checkmates Bill Gates in 12 Seconds», Chess.com, chess.com/news/view/bill-gates-vsmagnus-carlsen-checkmate-in-12-seconds-8224, 24 января 2014 года.


[Закрыть].

Некоторые недочеты ПЭТ удалось обойти благодаря принципиально иной технологии сканирования, которую разработал Пол Лотербур из Университета штата Нью-Йорк в 1973 году. Лотербур был химик и специализировался на методе спектроскопического анализа, который называется ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Эффект ЯМР заключается в том, что ядра некоторых атомов, чаще всего – атомов водорода в воде, помещенные в сильное магнитное поле, поглощают радиоволны конкретных частот. Лотербур открыл способ применять ЯМР для выявления положения поглощающих ядер в пространстве. Поскольку биологические ткани по большей части проницаемы для радиоволн (которые для них безвредны), новый метод сканирования на основе ЯМР идеально подошел для визуализации живых мягких тканей в трех измерениях. Когда сканирование методом ЯМР завоевало уважение медицинского сообщества и вошло в обиход, из названия убрали букву «Я», обозначающую грозное слово «ядерный», и теперь этот метод широко известен под названием МРТ – магнитно-резонансная терапия. МРТ быстро стала популярной, поскольку превосходно передает все анатомические подробности мягких тканей, в частности, тканей мозга.

В начале девяностых годов ученые открыли способы проводить при помощи МРТ функциональное сканирование мозга. В первой опубликованной статье о фМРТ Джек Белливо, Брюс Розен и их коллеги из Массачусетской государственной больницы в Бостоне повторили более ранние эксперименты с ПЭТ, введя во время сканирования МРТ-контрастный агент в кровь добровольцев[199]199
  Belliveau et al., «Functional mapping of the human visual cortex by magnetic resonance imaging».


[Закрыть]. Затем ученые смогли составить карту мозговой деятельности, проследив, где накапливается контрастный агент при визуальной стимуляции. Примерно тогда же другая группа ученых из Лабораторий Белла во главе с Сэйдзи Огавой показала, что кровь сама может служить природным контрастным агентом для фМРТ[200]200
  S. Ogawa, T. M. Lee, A. R. Kay, and D. W. Tank, «Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 87 (1990): 9868–9872; S. Ogawa et al., «Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation.»


[Закрыть]. Поскольку и кислород, и железо в крови обладают слабыми магнитными свойствами, небольшие изменения кровотока и насыщенности кислородом можно зарегистрировать, и не прибегая к инъекциям. Подобные эффекты наблюдаются в пределах секунд, пока обострена мозговая деятельность, и служат основой большинства современных экспериментов со сканированием мозга.

Неудивительно, что зависимость от крови накладывает на применение фМРТ определенные ограничения[201]201
  N. K. Logothetis, «What we can do and what we cannot do with fMRI», «Nature» 453 (2008): 869–878.


[Закрыть]. Пространственное разрешение фМРТ фундаментально ограничено расстояниями между кровеносными сосудами мозга. Это примерно одна десятая часть миллиметра, гораздо больше, чем размер клеток мозга. Большинство сигналов фМРТ, скорее всего, отражают совокупную деятельность множества разных типов нейронов и нейроглии, а также, вероятно, изменения кровотока, не связанные с местной мозговой активностью. Так что и сотни химических посредников, которых мы обсуждали в главе 2, и синапсы и связность клеток из главы 3 – все это становится пренебрежимо малыми величинами. Специалист по сканированию мозга из Беркли Джек Галлант говорит, что «фМРТ – это как измерять расход электричества в офисе в конкретные моменты времени с целью выяснить, что происходит на каждом рабочем месте»[202]202
  Elizabeth Landau, «Scan a Brain, Read a Mind?», CNN, 12 апреля 2014 года.


[Закрыть]. Кроме того, исследователей огорчает, что фМРТ такая медленная по сравнению с активностью нейронов. Представьте себе, что вы смотрите кино, которое размазано так, что каждый кадр длится несколько секунд. Тогда наши любимые герои приключенческих фильмов: Рокки и Иван, Роза и Джеймс Бонд, Оби-Ван и Дарт Вейдер – превратились бы в непонятные цветные пятна. Точно так же сказывается кровоток на данных фМРТ. Поэтому ученые иногда дополняют фМРТ данными более быстрых методов наблюдения – электроэнцефалографии (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ). Но хотя МЭГ и ЭЭГ быстро реагируют на электромагнитную активность мозга, они не в состоянии локализовать эту активность, в отличие от фМРТ, которая далеко превосходит их в этом отношении по точности и надежности.

К тому же сигналы, которые регистрирует фМРТ и другие методы функционального сканирования, очень малы: обычно мозговая деятельность порождает всплески максимум в несколько процентов от яркости изображения. Такие небольшие изменения наблюдаются на фоне флуктуаций из-за движений испытуемого, нестабильности оборудования для сканирования и физиологических процессов, не имеющих отношения к исследованию. Поэтому исследователям приходится очень постараться, чтобы выделить изменения на изображении, действительно связанные с теми или иными стимулами и явлениями, которые они пытаются изучить. Для этого, как правило, применяется обширный вычислительный анализ десятков повторяющихся исследований на множестве испытуемых при различных условиях эксперимента[203]203
  William B. Penny, Karl J. Friston, John T. Ashburner, Stefan J. Kiebel, and Thomas E. Nichols, eds., «Statistical Parametric Mapping: The Analysis of Functional Brain Images» (New York: Academic, 2006).


[Закрыть]. Результаты подобных вычислений обычно изображаются в виде ярких цветных пятен на месте областей мозга, которые, по предположению ученых, были особенно активны, на фоне черно-белых анатомических изображений (см. рис. 6). Эти картинки – самая надежная информация о мозговой деятельности человека, какую мы способны получить на сегодня, но на самом деле они не показывают, что делает мозг в тот или иной момент времени, и на них почти никогда не виден мозг какого-то одного конкретного человека. Функциональные карты мозга – это глубоко переработанные статистические данные множества изображений, зачастую далекие от стоящих за ними биологических процессов, как болонская копченая колбаса от свиньи[204]204
  Современная болонская копченая колбаса происходит от традиционной свиной колбасы мортаделлы, которую делают на севере Италии. Сегодня копченые колбасы готовят не только из свинины, и они так сильно переработаны, что от них очень далеко до животного сырья, из которого их делают, а тем более до живой свиньи.


[Закрыть].

Поразительные вычислительные фокусы, при помощи которых анализируют данные сканирования мозга, чреваты не менее поразительными провалами. Молодой ученый Крэйг Беннетт из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре показал это на довольно жестоком примере: он применил невинные методы фМРТ к мертвому лососю и обнаружил у него мозговую активность[205]205
  C. M. Bennett, M. B. Miller, and G. L. Wolford, «Neural correlates of interspecies perspective taking in the post-mortem Atlantic Salmon: An argument for multiple comparisons correction», «Journal of Serendipitous and Unexpected Results» 1 (2010): 1–5.


[Закрыть]. Беннетт и его коллеги сканировали мозг усопшей рыбы, «показывая» ей фотографии, и несколько пикселей в ее мозге показали что-то вроде реакции на картинки, статистически типичной для экспериментов подобного рода, отчего на фМРТ получилась картина активности мозга, что называется, с душком. На самом деле то, что ученые принимают за реакцию мозга, иногда вызвано случайными флуктуациями на изображениях, которые не удалось выявить и исключить обычными методами анализа. Беннетту оказалось непросто опубликовать свою сатирическую статью, однако в итоге его заслуженно наградили Шнобелевской премией, которую присуждают «за достижения, которые сначала вызывают смех, а потом заставляют задуматься»[206]206
  «About the Ig Nobel Prizes», Improbable Research, www.improbable.com/ig.


[Закрыть]. Другое исследование, подорвавшее авторитет фМРТ, провел студент Массачусетского технологического института Эд Вуль, который обнаружил, что авторитетные статьи о сканировании мозга сплошь и рядом приводят статистически невозможные результаты – то есть все равно что утверждают, будто при бросании монетки шансы получить орла могут быть больше 50 на 50[207]207
  E. Vul, C. Harris, P. Winkielman, and H. Pashler, «Puzzlingly high correlations in fMRI studies of emotion, personality, and social cognition», «Perspectives on Psychological Science» 4 (2009): 274–290.


[Закрыть]. В результате таких заблуждений авторы оскандалившихся исследований находили неправдоподобно надежные корреляции между отделами мозга и сложными стимулами. Хотя ошибки, на которые указывали Беннетт, Вуль и их коллеги, встречаются не только при исследованиях сканирования мозга и отнюдь не обусловлены их спецификой, все же риск в этой области особенно велик, поскольку сигналы очень малы, а базы данных огромны.

Косвенность и плохое разрешение современных методов, как видно, дают простор для толкований и не позволяют отсечь сторонние факторы. Примеры вроде исследования мозга лосося говорят нам и о том, как легко исказить результаты, если просто отнестись к организации или анализу эксперимента без должного усердия. Мы уже убедились, что разные люди смотрят на полученные изображения и видят на них кто разум, влияющий на мозг, кто мозг, занятый исполнением функций разума, – сканы мозга одинаково авторитетны как для дуалистов, так и для физикалистов. Если мы поймем, что на самом деле говорят нам данные функционального сканирования мозга, можно будет приблизиться к разгадке этого противоречия. Сегодняшние карты мозговой деятельности настолько неразборчивы, что мы, глядя на них, можем вообразить практически что угодно.

* * *

Моя коллега по Массачусетскому технологическому институту Нэнси Кэнвишер, которая одной из первых стала применять фМРТ для решения задач в области когнитивистики, говорит, что мозг – как швейцарский армейский нож[208]208
  Nancy Kanwisher, «A Neural Portrait of the Human Mind», TED Conferences, 19 марта 2014 года.


[Закрыть]. Несмотря на все недостатки методов сканирования мозга, исследования их результатов, в том числе те, которые проводит сама Нэнси, выявляют неожиданные связи между определенными участками мозга и выполнением определенных задач – от распознавания лиц до размышлений о мышлении (см. рис. 7). Получается, что каждый из этих участков мозга специализируется на своей задаче, как разные инструменты в швейцарском ноже. Почти половина опубликованных исследований по сканированию мозга – это исследования локализации, а многие из оставшихся посвящены более подробному описанию выявленных участков мозга. Выводы о локализации – самые очевидные уроки, которые преподают нам исследования фМРТ. Если проводить эти эксперименты и толковать их результаты с должной тщательностью, они скажут нам, как устроены мозг и сознание, но если относиться к ним поверхностно, локализация когнитивных функций может отвлечь от попыток понять, как на самом деле работают мозг и разум.

Специализация отдельных участков мозга надежно установлена уже давно. До ПЭТ и МРТ такие данные получали в основном от ограниченного числа неврологических больных, у которых конкретные когнитивные и поведенческие расстройства можно было непосредственно объяснить локальным повреждением мозга. Пожалуй, самый известный пример – случай пациента по имени Луи Леборн, которого изучал французский врач Поль Брока в 1861 году[209]209
  C. W. Domanski, «Mysterious „Monsieur Leborgne“: The mystery of the famous patient in the history of neuropsychology is explained», «Journal of the History of Neuroscience» 22 (2013): 47–52.


[Закрыть]. Леборн с детства страдал эпилепсией и практически полностью утратил способность говорить; когда его госпитализировали, он мог произнести лишь один слог – «тан». Во всем остальном интеллект и общие когнитивные способности Леборна сохранились; такой набор симптомов в наши дни называется «афазией Брока». При вскрытии Леборна Брока обнаружил, что у Леборна была повреждена левая лобная доля коры головного мозга, а затем оказалось, что повреждения того же участка наблюдаются и у других больных с похожими нарушениями речи. Открытие связи между порождением речи и особым участком мозга под названием «зона Брока» стало веским доказательством теории функциональной локализации Франца Галля (см. главу 1). Так что основная идея френологии оказалась верна хотя бы отчасти, даже если карты конкретных участков мозга и соответствующих особенностей черепа, которые составлял Галль, не имели ни малейшего отношения к действительности.

Рис. 7. Кора головного мозга человека с указанием долей и областей, которые, согласно исследованиям сканирования мозга, отвечают конкретно за: 1) места, 2) части тела, 3) лица, 4) лица и движения, 5) только движения, 6) размышления о том, как люди мыслят, 7) трудные когнитивные задачи, 8) речевые звуки, 9) тоны звуков