Текст книги "Быть человеком"

«Зеркальные нейроны» читают
чужие мысли

Окружающий мир – это зеркало наших мыслей.

Ричард Бах

В начале 90-х гг., когда ученые нейрологи Д. Ризолатти (G. Rizzolatti) и В. Джаллезе (V. Gallese) из Пармского университета в Италии экспериментировали с обезьянами, в их лаборатории произошло ЧП: мозг одной из их подопечных как будто «сошел с ума». Измерительные приборы фиксировали активность определенных нервных клеток, расположенных во фронтальной передней части полушарий мозга обезьяны, где находятся командные пункты, которые активизируются, когда животное делает определенное движение. В эксперименте они возбуждались, когда обезьяна поднимала земляной орех. Но в тот день обезьяна сидела бездеятельно и смотрела по сторонам. «Мы не могли понять, в чем дело, – вспоминает Риззолатти. – Возможно, был сломан прибор?» Ключ к отгадке принесла случайность, на которую вначале ученые не обратили внимания. Именно в тот момент, когда приборы показывали активность мозга обезьяны, за земляным орехом склонился один из сотрудников лаборатории. Видела ли это обезьяна? Реагирует ли ее мозг так же, как будто бы она сама нагнулась за орехом? Возможно ли, чтобы одни и те же нервные клетки вызывали раздражение и при наблюдении, и при выполнении действия? Подтверждение тому стало для обоих ученых не новым, но неожиданным.

Ученые назвали эти клетки с удивительными двойными функциями «зеркальными нейронами». Феномен под этим названием стал все больше привлекать к себе внимание и окрылять фантазию ученых различных направлений: психологов, философов, логопедов. Все они установили неожиданно и почти одновременно связь между электрическими импульсами в области лба и комплексом человеческого поведения.

Как организуется выполнение движений? Каков механизм этих движений? Как учится человек играть в теннис или на скрипке? Как ему удается перевоплощаться в других? Как он угадывает намерения другого человека? Как возникает сочувствие, человеческие отношения? Почему улыбка заразительна? Почему человек стремится закидывать ногу на ногу так же как его собеседник напротив? Всем казалось, что эти «зеркальные нейроны» дадут скорые ответы на все эти вопросы.

«Посредством “зеркальных нейронов” мы постоянно находимся в коммуникационных отношениях с другими, – объясняет Риззолатти. – Это делает неосознанную имитацию других людей более понятной. Удивительным является другое: почему люди не подражают друг другу постоянно? Однако и на этот вопрос ученые вскоре нашли ответ. Они открыли в мозге механизм, который препятствует прохождению импульсов движения, образующихся в “зеркальных нейронах”, дальше к мускулам». Однако в напряженных ситуациях этот механизм иногда не срабатывает, а у детей механизм торможения сигналов не так развит. При различных болезнях или повреждениях мозга, например, при шизофрении, этот тормозной механизм имитации может быть совсем потерян, и больные повторяют движения и слова бесчисленное множество раз.

Между тем, многие предполагают, что влияние «зеркальных нейронов» значительно шире и глубже и создает основу для способностей определять намерения другого. Те же итальянские ученые установили, что клетки становятся активными и тогда, когда намерение или цель движения возникают еще в воображении. Это может иметь большое значение в повседневной жизни, когда по одному лишь движению можно обнаружить цель или намерения человека и представить их себе. «Если кто-то стоит на переходе с полосами “зебры”, – поясняет Ф. Мехснер (F. Mechsner), ученый-психолог из института М. Планка, – мы не видим, что он приподнял ногу, а голову повернул в сторону, – мы видим только то, что он хочет пересечь улицу. Кто не может под намерением увидеть действие или понять назначение предмета, тот подобен слепому».

Так, например, существуют люди с поврежденным мозгом, которые могут назвать молоток молотком, но не знают его назначение. В повседневной жизни они беспомощны. Определение намерений может быть также решающим, когда речь идет о сложных процессах движений, которыми надо овладеть. «При игре в теннис или на каком-либо инструменте предшествующий процесс обучения состоит не в том, чтобы с точностью воспроизвести все движения, – говорит Ф. Мейснер, – здесь надо бицепс поднапрячь, там трехглавую мышцу плеча поднять на 45º, и так далее. Речь идет, прежде всего, об определении цели движения – внутренне “услышать” звучание мелодии на скрипке или представить себе, как мяч летит над сеткой. Остальное получится само собой». «Я уже давно был того мнения, – объясняет М. Брасс (M. Braß), психолог из Лейпцига, – что движение, воображение и восприятие связаны друг с другом больше, чем предполагает большинство из нас. Услышав о “зеркальных нейронах”, я почувствовал в этом подтверждение своих мыслей».

Среди психологов существует однозначное мнение, что человек прекрасно угадывает намерения другого. Постоянно и без особых помех распознает он поведение окружающих. Человек поднимает со стола связку ключей – он хочет уйти. Женщина достает полотенце – она собирается принять душ. Ребенок берет мяч – он хочет играть. Стремление человека больше узнать о внутренней жизни другого ученые называют «теорией познания». Подобно физикам, обосновывающим законы природы, человек ежедневно открывает и развивает теории о том, на основе каких правил люди выстраивают свое поведение. Так, во всяком случае, утверждали ученые до сего времени. А. Голдман (A. Goldman), философ университета Аризоны, считает это ошибкой: «Представьте себе, например, что маленький ребенок день за днем, ночь за ночью напрягает свой мозг в поисках правил, по которым ведет себя его мать. Не абсурдно ли это? Ребенок видит это совсем по-другому. Достаточно самого себя поставить на место другого, попытаться видеть его глазами и представить, что бы вы сделали на его месте».

Искать ответы на подобные рассуждения нам может опять же помочь биологическая основа «зеркальных нейронов». В работе, посвященной этой теме, оба упомянутых ученых из Пармы вместе с американскими учеными из университета Южной Каролины сумели доказать, что в то время, когда испытуемый пытается определить намерения другого, его «зеркальные нейроны» активизируются. Ученые приписывают этим клеткам в лобовой части все новые и новые области деятельности, и считают, что они ответственны за способность к сочувствию, социальной направленности и общению.

В пользу последнего говорит и анатомическое строение: у обезьян «зеркальные нейроны» сконцентрированы в области мозга, соответствующей человеческой «области Брока» – центру коры больших полушарий, ответственному за речь. И это не случайно, ибо предшественником всех сегодняшних языков была коммуникационная система жестов и мимики, подобной «языку» обезьян, использующих ее на примитивном уровне. Эти жесты воспринимались с помощью «зеркальных нейронов». Постепенно репертуар жестикуляции расширялся до тех пор, пока не появились первые звуки речи[38]38
  Spiegel. 2001. № 49.


[Закрыть]. Подтверждение наличия «зеркальных нейронов» у человека ведет к совершенно новым исследованиям, с помощью которых ученые могут уже не интуитивно, а вполне осознанно и глубже «заглядывать» в мозг человека. Они отмечают при этом, что определенные виды восприятия, возбуждения чувств и специфической деятельности, такие, например, как зрение, речь, память, непосредственно связаны с нейронной активностью сугубо определенных участков мозга. Так называемая «нейронная синхронизация» сознательных переживаний подтверждает гипотезу локализации, которая имеет право на жизнь, наравне с активной взаимосвязью различных областей мозга между собой.

Швейцар у двери сортирует память

Я ни разу не слышал, чтобы какой-нибудь старик позабыл, в каком месте он закопал клад.

Цицерон

К важным факторам, влияющим на функционирование мозга, которые необходимо учитывать также при оценке его работы, относятся бодрствование, внимательность, эмоции, решение актуальных задач. Не менее важна и память, представляющая собой непрерывный информационный поток из прошлого. Однако, как этот бурлеск раздражений укладывается во временную шкалу от одной секунды до отрезка длиною в жизнь, как он организуются, как одна информация накладывается на другую, и затем они совместно перерабатываются – вот главные вопросы системной нейробиологии.

Кто из нас может вспомнить спустя много лет лицо своей первой учительницы, первого соседа по школьной парте или первый ученический портфель? В течение жизни наш мозг накапливает множество различных воспоминаний. Мы так привыкли к этой особенности, что не видим в этом ничего сверхъестественного.

Ученые Г. Ферна́ндез (G. Fernandеz), Ж. Фелл (J. Fell) и П. Клавер (P. Klaver) впервые описали механизм сортировки поступающей информации. Ученые проводят аналогию между механизмом сортировки и швейцаром у входной двери, пропускающим внутрь «нужное» и оставляющим на улице «ненужное», то, что должно кануть в небытие[39]39
  Spiegel. 22.12.2001. № 52.


[Закрыть]. Замеряя образцы активности мозга, ученые заметили, что в процессе образования памяти принимают участие определенные структуры мозга: гиппокамп и находящееся неподалеку от него миндалевидное ядро, одновременно реагирующие на поступающий сигнал раздражения. Исследователи решили подробнее изучить связь между ними, разработав компьютерное устройство, позволяющее отфильтровать из бесчисленных беспорядочных сигналов мозга ненужные шумы. Установив электроды точно на гиппокампе и миндалевидном ядре, ответственном за восприятие запахов, врачи «заглядывали» во вскрытый мозг испытуемых. При этом Клавер показывал им на мониторе компьютера серию из дюжины независимых друг от друга слов, например: «мышь, аппетит, декабрь…». Они должны были в течение 30 секунд вести обратный отсчет от числа «69» с интервалом «3», прежде чем назвать слова, которые они запомнили. Неожиданно ученые столкнулись с очень любопытной повторяемостью. Почти сразу же после появления слова на мониторе вначале активировались нейроны в области, ответственной за запахи, т. е. в миндалевидном ядре, а затем в гиппокампе. Причем участники экспериментов лучше запоминали те слова, при которых нервные клетки обеих структур мозга возбуждались рельефно, синхронно и в определенной последовательности так называемых γ-колебаний с частотой около 40 герц. «Если, например, слово “мышь” еще остается в памяти, – разъяснял Ферна́ндез, – то это значит, что из упражнений счета она переходит в накопитель информации – память».

Слова, проходящие через сужение, напоминающее бутылочное горлышко, соединяющее область обоняния с гиппокампом, пропадали и не откладывались в памяти, если при этом не происходило синхронного возбуждения нейронов этих обеих областей. Фелл мог точно установить по образцам возбуждений, какие слова запомнил пациент. Следовательно, фазы синхронизации являются ответственными и за то, будут ли запечатлены в нашей памяти то или иное лицо, фраза, мысль, число или они канут в забвенье, перейдут ли они из рабочего процесса памяти в долговременную ее форму. Иначе говоря, весь информационный поток должен пройти именно через это «бутылочное горлышко» между двумя структурами мозга.

Если вчера на вечеринке мы увидели незнакомого человека, а сегодня утром встретили его же в магазине деликатесов, то первое воспоминание, суммируясь с новым, опять же проходит через ту же самую синхронизирующую воронку, вызывая раздражение обеих структур. Каждый отзыв информации будоражит старые отложения в памяти, что, например, делает высказывания свидетелей в суде недостоверными.

Ученые уже сталкивались с механизмом синхронного колебания при передаче зрительных возбуждений в мозг. «Можно предположить, что подобное синхронизированное взаимодействие распространяется и на другие части мозга и участвует в координации и коммуникации всех процессов в части их консолидации в этом синхронном колебании. Но то, что механизм синхронизации может быть использован в процессе образования памяти, является совсем новым открытием», – отмечал тогда Ферна́ндез. Уже тогда в декабрьском издании журнала “Nature Neuroscience” за 2001 г. исследователь мозга А. Вагнер (A. Wagner) из Массачусетского технологического института в Бостоне отмечал открытие немецких ученых как знаменательное событие в исследовании мозга, ибо целый ряд известных феноменов становится более понятным и доходчивым.

Сейчас это явление широко используют на практике современные специалисты-тренеры памяти. Жонглируя датами и цифрами, они ассоциируют их с образами и картинами, возникающими в воображении. Чем больше областей мозга пациентов будут включены в процесс восприятия, тем выше электрическая активность гиппокампа и обонятельного центра мозга в синхронном консолидирующем процессе возбуждения, и тем больше откладывается информации в памяти. Особенно активно информация усваивается памятью, если она связана с воспоминаниями радости, страха или других чувств.

Новые эксперименты подводят нас к раскрытию очередных секретов структур мозга. Д. Хаксби (J. Haxby) из Национального института душевного здоровья показывал шести пациентам изображения кошки, стула, лица и простые картинки без ясной структуры. При этом с помощью магнитно-резонансной техники была установлена нейронная активность различных областей мозга. Результаты были удивительные: картинка с изображением кошки показала совсем другой тип активности зрительных областей больших полушарий мозга, чем изображение ножниц. В зависимости от рисунка нервные клетки одних и тех же областей мозга реагировали с определенным типом активности, который у разных пациентов отличался не очень резко. Хаксби отметил также, что не только области с высоким нейронным возбуждением реагируют на картинки и кодируют их. Нервные клетки, проявляющие высокую активность при изображении кошки, отвечают при изображении стула значительно меньшей активностью. Но эти слабые сигналы несут также достаточно важную информацию о различных примечательных характеристиках объекта на рисунке. «Объект выдает нам свою топографию», – заявляет ученый.

Однако у других ученых иное мнение. Они считают, что области мозга специализируются на определенных областях познания. Например, существуют области мозга, которые отвечают за различие и определение лиц или за ориентацию в пространстве. Хаксби такое мнение отвергает и утверждает, что сложный тип познаваемого объекта создается именно благодаря консолидированию различных областей мозга, в котором каждая область играет свою роль.

«Магнитно-резонансные исследования позволяют не только получать данные о том, какие области мозга при разглядывании картинки пребывают в состоянии активности, но также и то, как мозг усваивает и кодирует сложную комплексную информацию, – говорит Хаксби. – Если однажды мы сможем разгадать этот код, тогда мы сможем начать разгадывать и читать чужие мысли».

Итак, познав характер раздражения и его синхронизирующий эффект на различные структуры мозга, можно с учетом предшествующего опыта, аккумулированного в нейронной памяти отделов мозга, аналитически сравнивать приток новой информации из внешнего мира, отбирать важное, откладывать его в запас для использования при надобности, отфильтровывать неважное, наносное, сиюминутное. В этом и состоит принцип кратковременной и долговременной памяти. Первая существует только короткое время, но скорость ее реализации очень высока. При долговременной памяти накопленные знания консолидируются в гиппокампе и миндалевидном ядре. В них происходит слияние всех информационных потоков, передающих восприятие органов чувств, направляющихся к коре больших полушарий. Главное различие между этими двумя видами памяти состоит еще и в механизмах отбора и усвоения знаний, процессах обучения, степени открытости кратковременной памяти по сравнению с долговременной. Факты, даты, имена, иностранные языки, приобретенные навыки, например, езда на велосипеде, становятся общей частью знаний и откладываются в долговременную память, из которой они могут в любое время быть отозваны. Это накопление информации напоминает работу компьютера, с той разницей, что человек сразу различает важность информации на основании опыта и знаний, отсеивая ненужное по принципу «в одно ухо входит, в другое выходит». «В долговременную память поступает только то, что для нас важно», – считает немецкий исследователь мозга Х. Шейх (H. Scheih). Компьютер же накапливает любую информацию, собирая ее и становясь «кладбищем данных».

«Время включения нашей кратковременной памяти на прием информации при одноразовом раздражении очень коротко и составляет всего несколько секунд», – говорит специалист М. Стокер (M. Stocker). Кратковременная память вбирает в себя информацию «в порядке очереди». Первый объект, который по объему информации превышает возможности короткой памяти, вытесняет в цепочке памятных импульсов тот, который «засиделся» в ней долгое время: через 20 минут половина информации забывается. И здесь помогают ассоциативные сопровождающие раздражения, позволяющие подключать в процесс реализации памяти другие цепи и участки мозга, которые при надобности позволяют вспомнить и отозвать этот затертый в памяти объект.

В 1953 г. страдающему тяжелыми эпилептическими припадками монтажнику Н. Р. из американского штата Коннектикут были удалены примерно 8 сантиметров ткани из средней височной доли мозга и большая часть гиппокампа, ответственных, как считал хирург В. Сковилл (W. Scoville), за острые приступы болезни. Очнувшись после наркоза, больной оказался в действительности продолжительностью в законченную мысль. К удивлению врачей, он потерял способность вбирать новую информацию, хотя без труда мог решать простые задачи, с интересом рассматривал фотографии в журналах, приветствовал приходивших к нему посетителей. Но ничего, что этому предшествовало, он не мог вспомнить. Пациент достаточно четко вспоминал эпизоды из далекого детства, точно так же как и все, что происходило непосредственно перед операцией. Но новые лица, имена, цифры, числа и факты проскакивали сквозь его сознание словно сквозь сито, не оставляя следов. Посетителей, покинувших помещение и появлявшихся вновь, он каждый раз приветствовал с неиссякаемым энтузиазмом, словно видел их впервые. «Ужасная судьба, но для исследователей памяти этот пациент имеет неоценимое значение, – говорит Ферна́ндез. – Именно этот пример показал значение гиппокампа для процессов памяти».

И еще один случай привлек внимание ученых. Джон, молодой человек, живущий в Лондоне, обладает интеллектом выше среднего – IQ 109, умеет читать и писать, владеет обширными знаниями о мире, но лишен возможности вести самостоятельную жизнь. Ему требуется постоянный уход со стороны родителей, ибо он страдает повреждением памяти: он мгновенно забывает происходящее с ним. Немецкие ученые во главе с Э. Дюзелем (E. Düzel) из Магдебурга совместно с американскими коллегами произвели различные исследования нарушений памяти Джона. В одном из опытов они показали ему список слов и попросили их запомнить. Он понял значение всех слов, так как разделял их на «живые» и «неживые». Через две минуты пациент получил другой список, в котором слова из первого были перемешаны с новыми в одинаковом соотношении. Задание, поставленное перед Джоном, состояло в том, чтобы узнать старые слова и определить новые. К удивлению ученых, больной с успехом справился с задачей, совсем как здоровый человек. Как это могло произойти, если Джон забывает все непосредственно случившееся?

Уже в 80-х гг. ученый из Торонто Э. Тульвинг (E. Tulving) установил, что существует как минимум два различных механизма памяти. Способность «оживлять» прошлое перед нашим внутренним взором была названа «эпизодической» памятью. Согласно Тульвингу, информация, которую мы отзываем из нее, небогата деталями, а переживается нами скорее как личное прошлое. Этот механизм резко отличался от второго, «семантического», основанного на целом ряде детализированных восприятий, которые сохраняются как абстрактные данные, независимые от наших личных ощущений. Разницу между этими двумя формами памяти – «воспоминанием» и «знанием» – легко продемонстрировать: мы знаем, что портрет Моны Лизы висит в Лувре. Но только те, кто посетил Лувр, могут вспомнить, как, стоя перед картиной, восторгались ее красотой.

Так и в случае с Джоном: «узнаёт» ли он «старые» слова, которые раньше видел на мониторе, или просто знает их? Сам он не может ответить на этот вопрос интуитивно – различий он не понимает[40]40
  Gaschler K. Leben ohne Vergangenheit // Gehirn & Geist. 2002. № 2. S. 76.


[Закрыть]. Дюзель со своими коллегами сумел разработать методику замера активности нейронов мозга посредством электроэнцефалографии (ЭЭГ), устанавливая разницу между эпизодическими воспоминаниями и семантическими знаниями. У здоровых людей при этом замечены характерные различия в зависимости от того, было им продемонстрировано знакомое или незнакомое слово. Такой эффект был назван эффектом «старый/новый». Когда пациенты сообщают, что им известно слово, показанное во второй раз, но они не могут вспомнить, видели ли его раньше на мониторе, то эффект «старый/новый» составляет от 200 до 500 миллисекунд. При этом центр активности лежит в передней части мозга. Если же они утверждают, что уже видели это слово, то эффект узнавания растягивается до 800 миллисекунд и активность смещается влево и далее назад.

Активность мозга Джона при решении задач основательно отличается от подобной активности здоровых пациентов. Если у здоровых людей примерно 60 % всех узнаваемых слов связано с эффектом воспоминания, то у Джона эффект «старый/новый» связан исключительно со знанием, но не с воспоминанием. Ученые уже ранее строили догадки о том, что Джон не может вернуться в прошлое. Результаты электрофизиологических данных четко показали, что функции его памяти, ответственные за воспоминания выпали частично и необратимо. Согласно результатам ядерно-спиновой томографии, у Джона действительно повреждена средняя височная доля мозга, возможно, в результате возникшей при рождении кислородной недостаточности. Однако повреждена не вся структура, а только ее часть, гиппокамп. Были выявлены и другие случаи с подобным синдромом у молодых пациентов, причем у двоих из них структура гиппокампа была нарушена еще при рождении. Возможно, существуют и другие люди с подобным синдромом, который, вероятно, у них не установлен, так как они часто по интеллекту не уступают нормальным людям и очень хорошо запоминают факты. Поэтому в первое время в школе у них не возникает особых проблем, и только с возрастом, по мере того, как дети становятся самостоятельными, повреждения и нарушения общей деятельности проявляются у них значительно заметнее.

Проведенные исследования Дюзеля и его коллег смогли подтвердить гипотезу о том, что воспоминания и знания – это функционально разделенные системы памяти, управляемые различными областями мозга. При этом структура гиппокампа, очевидно, значительно влияет на способность к воспоминаниям. Тем самым, догадки о том, что такая высокоразвитая способность нашего мозга к созданию эпизодической памяти требует взаимодействия гиппокампа с другими «высшими» областями мозга, близки к истине.

При проведении опытов ученые столкнулись и с другим феноменом: память здоровых людей также имеет много неточностей и ошибок. Психологические опыты 70-х гг. показали достаточно ясно, что так называемые ошибочные воспоминания возникают сравнительно просто. В одном типичном опыте испытуемым предлагались списки родственных слов (кровать, сон, спать, луна). Когда у них спрашивали позднее, видели ли они в этом списке слова «подушка» или «ночь», то сравнительно большой процент участников это подтвердил. «Удивительно то, – замечает Э. Дюзель, – что испытуемые не только утверждали, что эти слова представляются им знакомыми, но и могли вспомнить, как эти слова были изображены на экране монитора».

На основании этого феномена ошибочных воспоминаний ученые надеются сделать очередные выводы о том, как функционирует наша память. Когда нейрологи сравнили ЭЭГ-данные ошибочных и правильных знаний или воспоминаний, они нашли на удивление много общего в активности височных долей мозга – областях, ответственных за воспоминания. В связи с этим Дюзель предполагает, что активность мозга воспроизводит в большей части то, что мы ощущаем в момент отзыва информации и считаем реальностью, независимо от того, соответствует ли это действительности. И тогда встают другие вопросы: когда закладывается основа ошибочных воспоминаний – только ли при отзыве информации или уже в процессе обучения? Данные оценок поведения показывают, что большая часть ошибочных воспоминаний закладывается уже при обучении. Однако они могут возникать и при отзыве информации. Так, например, пожилые люди более склонны к ошибочным узнаваниям. Возможно, они значительно меньше полагаются на эпизодическую память, пытаясь реконструировать прошедшее только на основании содержательных аспектов знаний. Значит, мы должны исходить из того, что часть нашего прошлого состоит из ошибочных воспоминаний, которые мы сами сконструировали или реконструировали, причем большей частью на бессознательном уровне.