Текст книги "Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга"

Хотя далеко не всем слепцам гарантированы вершины музыкальной славы, реорганизация мозга им обеспечена безусловно. Благодаря этой реорганизации в мозге незрячих сверхразвита способность распознавать высоту звука (музыкальный слух); они вдесятеро тоньше, чем зрячие, улавливают малейшие оттенки музыкальных тонов[63]63
  Hamilton RH, Pascual-Leone A, Schlaug G (2004). Absolute pitch in blind musicians, Neuroreport 15: 803–806; Gougoux F et al. (2004). Neuropsychology: pitch discrimination in the early blind, Nature 430 (6997): 309.


[Закрыть] – потому, что отвечающая за слух кортикальная территория у них обширнее. В одном лабораторном эксперименте с участием зрячих и незрячих индивидов и тем и другим наглухо закрывали одно ухо и просили указать место, откуда исходит тот или иной звук. Поскольку для локализации источника звука мозгу необходимо сопоставлять слуховые сигналы от обоих ушей, авторы эксперимента ожидали, что участники феерически провалят задание. Собственно, у зрячих испытуемых эти ожидания полностью подтвердились. А незрячие в целом более или менее правильно определяли, где располагается источник звука[64]64
  Voss et al. (2008).


[Закрыть]. Почему? Да потому, что причудливый хрящ ушной раковины (даже одной) очень тонко отражает звуки и подсказывает их источник, но только если индивид настроен улавливать именно эти звуки. У зрячих за слух отвечает меньшая, чем у незрячих, область коры, и потому способность улавливать нюансы звуковой информации у них недоразвита.

Незрячим людям свойственен невероятно обостренный слух. Так, у Бена Андервуда в возрасте двух лет перестал видеть левый глаз. Мать отвела его к врачу, и вскоре обследование выявило у мальчика рак сетчатки обоих глаз. Облучение и химиотерапия не дали результатов, и Бену в три года удалили оба глаза. А к семи годам он самостоятельно освоил полезную, но очень уж неожиданную методу «зрения»: щелкал языком и улавливал эхо от окружающих предметов. Таким образом он научился различать, где располагаются, например, дверные проемы, окружающие его люди, припаркованные автомобили. Мальчик овладел техникой эхолокации: посылал звуковые волны и ловил их отражения от предметов[65]65
  Бен скончался в 2016 году (по ряду источников в 2009-м, родился в 1992-м) в возрасте 16 лет вследствие рецидива рака, поразившего его глаза.


[Закрыть].

Документальный фильм о Бене начинался с заявления, что он единственный в мире человек, способный видеть с помощью эхолокации[66]66
  Extraordinary People: The boy who sees without eyes. Season 1, episode 43, Jan. 29, 2007.


[Закрыть]. Но тут авторы допустили ряд ошибок. Во-первых, мы не знаем, мог или не мог Бен видеть в том смысле, какой вкладывают в это понятие зрячие; известно лишь, что его мозг обладал способностью преобразовывать акустические волны в некоторое практическое понимание, преграждают ли ему путь крупные объекты. Впрочем, подробнее поговорим об этом ниже.

Во-вторых, и это важнее, Бен не единственный, кто освоил метод эхолокации: тысячи незрячих людей тоже преуспели в этом[67]67
  Teng S, Puri A, Whitney D (2012). Ultrafine spatial acuity of blind expert human echolocators, Exp Brain Res 216 (4): 483–488; Schenkman BN, Nilsson ME (2010). Human echolocation: blind and sighted persons’ ability to detect sounds recorded in the presence of a reflecting object, Perception 39 (4): 483; Arnott SR et al. (2013). Shape-specific activation of occipital cortex in an early blind echolocation expert, Neuropsychologia 51 (5): 938–949; Thaler L et al. (2014). Neural correlates of motion processing through echolocation, source hearing, and vision in blind echolocation experts and sighted echolocation novices, J Neurophysiol 111 (1): 112–127. Кроме того, у незрячих людей, освоивших метод эхолокации, активируется скорее зрительная кора, чем слуховая, когда они улавливают отражение звуков: Thaler L et al. (2011). Neural correlates of natural human echolocation in early and late blind echolocation experts, PLoS One 6 (5): e20162. Эхолокацию можно улучшить при помощи технологий: в ряде новых разработок на очки устанавливают ультразвуковой сенсор, замеряющий расстояние до ближайшего объекта и преобразующий его в четко различимый звуковой сигнал, разные тона которого указывают на разные расстояния.


[Закрыть]. На самом деле данный феномен обсуждается по меньшей мере с 1940-х годов, когда впервые появился термин «эхолокация», употребленный автором статьи Echolocation by Blind Men, Bats and Radar, опубликованной в журнале Science[68]68
  Griffin DR (1944). Echolocation by blind men, bats, and radar, Science 100 (2609): 589–590.


[Закрыть]. Автор среди прочего отмечал: «Многие слепые люди со временем вырабатывают значительную способность не наталкиваться на препятствия, руководствуясь слуховыми подсказками от намеренно издаваемых ими звуков». В качестве примеров он назвал звуки шагов, постукивание тростью или щелчки пальцами. И показал также, что у таких людей способность успешно применять эхолокацию резко снижается из-за посторонних шумов или ушных тампонов.

Как мы уже видели, мозг может привлекать прежде отвечавшую за зрение затылочную долю коры для многих других функций, кроме слуха. Так, от дополнительной кортикальной территории может выиграть запоминание. В одном исследовании проверяли способность незрячих запоминать списки слов. Лучше всего проявили себя индивиды с большей территорией, захваченной у затылочной коры: это дало им возможность уделить больше кортикальной территории тесту на запоминание[69]69
  Amedi A et al. (2003). Early “visual” cortex activation correlates with superior verbal-memory performance in the blind, Nat Neurosci 6: 758–766.


[Закрыть].

Если рассматривать данный феномен в целом, правило простое и однозначное: чем больше кортикальной территории, тем лучше. Правда, иногда это приводит к неожиданным результатам, казалось бы противоречащим здравому смыслу. У большинства людей от рождения имеются три типа фоторецепторов для цветного зрения, но некоторые рождаются с двумя типами фоторецепторов, всего с одним или вообще без таковых, из-за чего у них снижена (или вообще отсутствует) способность различать цвета. Однако у людей с цветовой слепотой дела обстоят не совсем плохо: они лучше распознают градации серого цвета[70]70
  Иными словами, задачу различения оттенков серого берет на себя участок зрительной коры, который у людей без данной особенности предназначен для серого и других цветов.


[Закрыть]. Почему? А потому, что их зрительная кора занимает такую же территорию, как у других людей, а работает с меньшим числом характеристик цвета. Таким образом, когда для решения простой задачи отводится больше кортикальной территории, эффективность восприятия повышается. Например, в армии военнослужащих с цветовой слепотой не задействуют в целом ряде задач, однако уже известно, что они способны лучше распознавать на местности маскировочные ухищрения противника, чем те, у кого нормальное цветовое зрение.

И хотя мы привычно задействуем систему визуализации, когда дело касается чего-либо важного, функциональная реорганизация кортикальных областей происходит повсеместно. Когда человек теряет слух, нейронная ткань, прежде отвечавшая за эту функцию, принимает на себя представительство других органов чувств[71]71
  Kok MA et al. (2014). Cross-modal reorganization of cortical afferents to dorsal auditory cortex following early-and late-onset deafness, J Comp Neurol 522 (3): 654–675; Finney EM et al. (2001). Visual stimuli activate auditory cortex in the deaf, Nat Neurosci 4 (12): 1171.


[Закрыть]. Поэтому не стоит удивляться, что у страдающих глухотой улучшается периферическое визуальное внимание или что они нередко видят особенности вашего выговора, например способны определить, из какой части страны вы родом, потому что отлично приспособились читать по губам. (Аналогично после ампутации конечности обостряется чувствительность туловища.) Такой человек способен уловить даже легчайшее прикосновение, а если два прикосновения следуют друг за другом и воспринимаются как одно, он все равно почувствует, что их было два, потому что мозг передает больше кортикальной территории в ведение неповрежденных органов и их чувствительность приобретает большее разрешение.

* * *

На смену прежней парадигме, считающей функции областей мозга предопределенными, приходит понятие нейронной реорганизации: мозг способен перераспределять функции нейронной ткани. Таким образом область может быть переориентирована для решения других задач. Например, в нейронах зрительной коры ничего особенного нет. Это просто-напросто нейроны, которые волей случая задействованы в обработке информации, касающейся выступающих поверхностей и цветов у людей со здоровыми глазами. У незрячих те же самые нейроны способны прекрасно обрабатывать информацию от других органов чувств.

Прежняя парадигма допускала, что обозначенная как Луизиана территория на североамериканском континенте предназначена исключительно для французов. В соответствии с новой парадигмой нет ничего удивительного в том, что земли Луизианы были выставлены на продажу и их покупали выходцы со всех концов света. Поскольку мозг вынужден распределять все свои задачи между участками коры, объем которой конечен, можно предположить, что часть мозговых нарушений вызвана неоптимальностью их распределения. Один из примеров этого – ученый аутист[72]72
  Термин «ученый аутист» (autistic savant) предложил американский ученый Бернард Римланд, один из создателей современной теории аутизма. Прим. науч. ред.


[Закрыть] (когда ребенок с тяжелыми нарушениями способностей к познанию, социальному взаимодействию и общению искусен в какой-либо одной узкой области, скажем может с легкостью запомнить все номера в телефонной книге, с исключительной точностью деталей нарисовать увиденную сценку или в мгновение ока собрать кубик Рубика). По поводу сочетания умственной отсталости и выдающейся одаренности выдвинуто множество теорий, но в нашем контексте интерес представляет та, что связывает данный феномен с необычным распределением кортикального пространства[73]73
  При аутизме области мозга растут разными темпами, что, видимо, инициирует образование аномальных связей, и в итоге нейронные пути в мозге аутиста слегка различаются, что приводит к нарушениям речи. См. Redcay E, Courchesne E (2005). When is the brain enlarged in autism? A meta-analysis of all brain size reports, Biol Psychiatry 58: 1–9. Иными словами, нейронные связи мозга могут распаковываться из одиночной клетки, но способ – конкретный ритм и порядок ее «монтажа» – всякий раз приводит к разному результату. Следует отметить, что теории относительно причин аутизма весьма разнообразны: одни винят дисфункцию системы зеркальных нейронов, другие – вакцинацию, или недостаточность соединений, или слабость основных связей – и это далеко не все теории. Так что необычное перераспределение кортикальной поверхности, по всей видимости, описывает разве что часть причин аутизма. Тем не менее рекомендую ознакомиться с примерами, скажем, в Boddaert N et al. (2005). Autism: functional brain mapping of exceptional calendar capacity, Br J Psychiatry 187: 83–86; LeBlanc J, Fagiolini M (2011). Autism: a “critical period” disorder? Neural plasticity. 2011: 921680.


[Закрыть]. Здесь идея в том, что виртуозно проделывать странные вещи возможно, если мозг отдает для решения какой-то одной задачи слишком большой участок кортикальной поверхности (скажем, для запоминания, визуального анализа или сборки пазлов). Однако подобные сверхспособности достигаются в ущерб другим задачам, между которыми в норме распределяется кортикальная территория, включая, например, подмножество задач, в сумме обеспечивающих прочные коммуникативные навыки.

Ослепительная скорость

Последние годы ознаменовались рядом научных прозрений относительно пластичности мозга, но думается, что наибольший сюрприз преподнесла нам скорость, с которой он срабатывает. Несколько лет назад ученые из Университета Макгилла провели сканирование мозга группе взрослых, только что лишившихся зрения. Участникам эксперимента давали слушать звуки. Неудивительно, что при этом у них активировалась слуховая кора. Но одновременно наблюдалась активность и в затылочной доле, что было невозможно всего несколькими неделями ранее, когда участники эксперимента еще не утратили зрения. Правда, активность эта оказалась слабее, чем у людей, долгое время пробывших незрячими, но тем не менее измеримой[74]74
  Voss et al. (2008).


[Закрыть].

Эксперимент показал, что при утрате зрения мозг способен быстро меняться. Но насколько быстро?

Нейролог Альваро Паскуаль-Леоне заинтересовался, какими темпами могут происходить крупные перемены в мозге. Он обратил внимание, что начинающих воспитателей (инструкторов) в школах для слепых просят семь полных дней ходить с завязанными глазами, чтобы на собственном примере понять, каковы опыт и впечатления от общения с миром у их будущих учеников. В результате, как отмечали сами воспитатели, у большинства из них улучшилась способность различать и анализировать звуки, ориентироваться в пространстве, сообразуясь с ними, судить о расстоянии до предметов и определять, что это за предметы:

«По словам некоторых, у них появилась способность быстро и безошибочно узнавать человека по голосу, когда он только начинал говорить, или по ритму шагов, если он просто проходил мимо. Кто-то научился различать автомашины разных марок по звуку работающего двигателя, а один описал, как его радовало, что он может различить по характеру шума мотора марки проезжающих вдали мотоциклов»[75]75
  Pascual-Leone A, Hamilton R (2001). The metamodal organization of the brain, in Vision: from neurons to cognition, ed. C Casanova and M Ptito (New York: Elsevier Science), 427–445.


[Закрыть].

Все это навело Паскуаля-Леоне и его коллег на мысль проверить в лабораторных условиях, что произойдет в мозге зрячего человека, если он проведет несколько дней с завязанными глазами. Эксперимент был реализован и открыл нечто на грани чуда: обнаружилось, что реорганизация нервных функций – того же типа, что и у незрячих, – происходит также и у зрячих, на некоторое время лишенных зрения. И происходит быстро.

В одном из последующих экспериментов группа Паскуаля-Леоне в течение пяти дней держала участников с завязанными глазами, и все это время их интенсивно обучали читать точечно-рельефный шрифт Брайля[76]76
  Merabet LB et al. (2008). Rapid and reversible recruitment of early visual cortex for touch, PLoS One 3 (8): e3046. Ранняя версия этих результатов опубликована в Pascual-Leone and Hamilton (2001).


[Закрыть]. По прошествии пяти дней испытуемые этой группы уже очень неплохо узнавали буквы Брайля по легким различиям в образующих их значках – и притом намного лучше, чем контрольная группа зрячих участников, которых тоже все эти дни обучали освоению шрифта Брайля, но без повязок на глазах. Особенно впечатляющими оказались перемены, выявленные при сканировании мозга. В течение пяти дней участники с завязанными глазами, прикасаясь к предметам, задействовали свою затылочную кору, а контрольная группа, как и ожидалось, – только соматосенсорную. У условно незрячих обнаружилась также реакция затылочных долей на звуки и слова.

Когда экспериментаторы намеренно нарушали новоявленную активность затылочной доли магнитными импульсами, преимущество в чтении шрифта Брайля у условно незрячих исчезало, и это указывало, что включение данной части мозга было не случайным побочным эффектом, а важной частью усовершенствования поведенческой активности. Когда же с участников эксперимента сняли повязки, ответ затылочной коры на прикосновение и звук исчез в тот же день, и с того момента их мозг на сканах уже ничем не отличался от мозга любого зрячего человека.

В другом исследовании визуальные области мозга были тщательно картированы с применением более совершенных методик нейровизуализации. Испытуемых с завязанными глазами поместили в сканирующее устройство и попросили выполнить тест на касание, требовавший высокой тактильной чувствительности пальцев. В таких условиях исследователи могли фиксировать активность, возникавшую в первичной зрительной коре участников всего через 40–60 минут в состоянии вынужденной слепоты[77]77
  Merabet LB et al. (2007). Combined activation and deactivation of visual cortex during tactile sensory processing, J Neurophysiol 97: 1633–1641.


[Закрыть].

В результатах эксперимента ошеломляла скорость, с какой происходили перемены. Мозг меняет конфигурацию замечательно быстро, это вам не флегматичный дрейф литосферных плит. Обратившись к следующим главам, мы увидим, как зрительная депривация демаскирует уже существующий поток невизуальной информации, поступающей в зрительную кору, и поймем, что мозг, как пружина в мышеловке, все время на взводе и готов быстро перестроиться. Сейчас важно, что изменения в нем происходят быстрее, чем осмеливались предполагать самые оптимистичные нейробиологи в начале XXI столетия.

* * *

Теперь давайте отступим назад и посмотрим на картину немного шире. Как острые клыки и быстрые ноги полезны для выживания, так полезна и гибкость нервной системы: она позволяет мозгу оптимизировать свои функции в разнообразных средах.

Однако конкуренция в мозге может дать и негативный эффект. При всяком нарушении баланса в действии чувств в коре потенциально возможен территориальный захват, и притом быстрый. Перераспределение кортикальных ресурсов может быть оптимальным, когда конечность или какой-то из органов чувств утрачены безвозвратно, однако в других сценариях быстрый захват участка кортикальной территории может встретить решительный отпор. Это соображение подвело нас с моим бывшим студентом Доном Воном к новой теории о происходящем в мозге под покровом ночной темноты.

Что общего у сновидений и вращения планеты?

Нейрофизиология еще не разрешила загадку, почему в мозге возникают сновидения. Что вообще такое эти причудливые ночные галлюцинации? Содержатся ли в снах некие смыслы и значения или же это всего лишь случайная активность мозга в попытках составить связный нарратив? И почему сны так богаты зрительными образами и еженощно взрывают затылочную кору неистовыми всполохами активности?

Подумаем вот о чем: в беспрерывной и беспощадной конкуренции за кортикальную территорию зрительная система сталкивается с проблемой, неизвестной другим сенсорным системам. При каждом обороте Земли вокруг своей оси зрительная система погружается во мрак примерно на двенадцать часов. (Сказанное относится к 99,9999 % эволюционной истории нашего вида, но понятно, что не к нашей озаренной благословенным электричеством современности.) Как мы уже видели, сенсорная депривация разжигает захватнические инстинкты прилежащих кортикальных представительств. А что может противопоставить этому изъяну незаслуженно обиженная природой зрительная система?

Она поддерживает активность затылочной доли коры в неурочные ночные часы.

Итак, мы с Воном предположили, что сновидения призваны ограждать зрительную кору от территориальных посягательств соседей. В конце концов, не нарушает же вращение планеты ваши способности осязать, слышать, чувствовать вкус или запах; от темноты страдает только зрение. Каждая ночь несет зрительной коре угрозу захвата со стороны других чувств. Угрозу жуткую и неотвратимую, если учесть, с какой ошеломительной скоростью свершаются в мозге территориальные переделы (как мы уже видели, для этого достаточно каких-то 40–60 минут). Сновидения и есть оружие, которое выковала зрительная кора для защиты своих пределов и отпора загребущим соседям-захватчикам.

Теперь для большего понимания сути вопроса снова перейдем на общий план. На беглый взгляд, спящий расслаблен и отключен, но на самом деле в его мозге в это время отмечается полноценная электрическая активность. Большую часть ночи спящий человек снов не видит. Однако в фазе быстрого сна (БДГ-сна, то есть сна с быстрым движением глаз) в мозге приключается нечто любопытное: частота сердечных сокращений и дыхания возрастает, мелкие мышцы подергиваются, мозговые волны уменьшаются и ускоряются. В этой фазе мозг рождает сновидения[78]78
  Хотя некоторые формы сновидений могут возникать в фазе глубокого, не-БДГ-сна (см. Kleitman N (1963). Sleep and Wakefulness. Chicago: U Chicago Press), такого рода сны отличаются от более характерных и распространенных БДГ-снов тем, что обычно касаются предстоящих планов или развивают некую мысль, к тому же им не хватает визуальной сочности и яркости, а также свойственных БДГ-сновидениям галлюцинаторных искажений реальности и иллюзорности. Поскольку наша гипотеза основывается на сильной активации зрительной коры, мы имеем в виду именно БДГ-сновидения.


[Закрыть].

Фазу БДГ-сна запускает действие определенной группы нейронов в структуре стволового отдела мозга, называемой варолиев мост[79]79
  Назван в честь итальянского анатома XVI века Костанцо Варолия, который впервые описал его. Прим. пер.


[Закрыть]. Повышенная активность данных нейронов имеет два следствия. Первое состоит в том, что в этой фазе крупные мышечные группы находятся в расслабленном состоянии. Сложная нейронная схема «замораживает» тело, ее затейливость указывает на высокое биологическое значение сна со сновидениями; как предполагается, схема такой сложности не могла бы развиться, не выполняй она важную для организма функцию. Заблокированные на время сна мышцы позволяют мозгу имитировать опыт взаимодействия с миром без фактических передвижений тела.

Второе следствие также очень важно: из ствола головного мозга в затылочную (зрительную) кору поступают волны нервных импульсов (рис. 3.6)[80]80
  Эта электрическая активность называется «понто-геникуло-окципитальные волны» (PGO-волны). Своим названием они обязаны тому, что исходят из области, именуемой по латыни pons (в ит. – ponto, мост), следуют в латеральное коленчатое тело (lateral geniculate nucleus), отсюда вторая составляющая – «геникуло», а завершают свое путешествие в зрительной коре, называемой также затылочной, или окципитальной (occipital). Попутно отмечу, что ведутся споры о том, эквивалентны ли PGO-волны, БДГ-сон и сновидения или это совершенно разные вещи. Для полноты картины добавлю, что у детей и больных шизофренией с префронтальной лоботомией возможен БДГ-сон почти без сновидений. См. Solms M (2000). Dreaming and REM sleep are controlled by different brain mechanisms, Behav Brain Sci 23 (6): 843–850 (а также сопровождающие статью темпераментные дебаты коллег); см. также Jus et al. (1973). Studies on dream recall in chronic schizophrenic patients after prefrontal lobotomy, Biol Psychiatry 6 (3): 275–293. Неизвестно, носит ли активность в стволовом отделе мозга случайный характер, отражает накопленные за день воспоминания или служит для отработки нейронных программ. Впрочем, тут важно, что, как только волны достигают зрительных областей мозга, их активность переживается нами как зрительные ощущения. См. Nir Y, Tononi G (2010). Dreaming and the brain: from phenomenology to neurophysiology, Trends Cogn Sci 14 (2): 88–100.


[Закрыть]. Когда эти волны достигают места назначения, их активность воспринимается нами как зрительная; иными словами, мы видим. Вот почему наши сны так живописны, колоритны и кинематографичны, а не схематичны или абстрактны.

Рис. 3.6. Во время сна со сновидениями волны импульсов зарождаются в стволе головного мозга и достигают затылочной коры. Мы предполагаем, что это вливание активности вызвано вращением планеты во тьме ночи. Следовательно, визуальная система нуждается в особой стратегии, чтобы охранять свои пределы от посягательств

Печатается с разрешения автора

Сочетание двух описанных выше следствий активности в варолиевом мосту искусно сплетается в опыт переживания сновидений: вторжение электрических волн в зрительную кору активирует зрительную систему, а из-за заблокированных мышц двигательная активность в русле сюжета сновидения невозможна.

Согласно нашей теории схема нейронной сети, лежащая в основе визуальных сновидений, образовалась совсем не случайно. Напротив, чтобы не допускать захвата своей кортикальной территории, зрительная система вынуждена отстаивать ее, для чего генерирует всплески электрической активности всякий раз, когда в силу вращения планеты наступает ночь[81]81
  Eagleman DM, Vaughn DA (2020). Нашу гипотезу, как и любую биологическую теорию, следует воспринимать в контексте эволюционных временных горизонтов. Программы, командующие построением данного фрагмента нейронной связи, глубоко заложены в генетике и потому независимы от индивидуально переживаемого опыта. Эта связь эволюционно формировалась на протяжении сотен миллионов лет и не подвержена воздействию современных возможностей изгонять тьму электрическим светом.
  Многие вопросы наша гипотеза оставляет открытыми: например, почему сновидения длятся не на всем протяжении быстрого сна, а приходят к нам залпами? Кроме того, гипотеза не затрагивает загадку содержания сновидений. Общие представления о содержании снов можно почерпнуть, например, в Flanagan O (2000). Dreaming souls: sleep, dreams, and the evolution of the conscious mind (New York: Oxford University Press). Перспективы дальнейших исследований нашей гипотезы связаны с изучением изменений со стороны зрения при заболеваниях, ведущих к потере или нарушениям способности видеть сны. В этом направлении еще очень многое предстоит изучить, учитывая возможность исследовать сновидения через новую призму. Кроме того, БДГ-сон может подавляться ингибиторами моноаминоксидазы или вследствие определенных повреждений мозга; тем не менее сложно выявить нарушения (когнитивные или физиологические) у людей, испытывающих проблемы с этой фазой сна. См. Siegel JM (2001). The REM sleep-memory consolidation hypothesis, Science 294: 1058–1063. Однако наша гипотеза предсказывает нарушения зрения, и в сущности, именно они наблюдаются у людей, принимающих ингибиторы моноаминоксидазы или трициклические антидепрессанты. Некоторые врачи считают причиной нечеткости зрения синдром сухого глаза; мы со своей стороны сомневаемся, чтобы корень проблемы крылся именно в этом.
  Есть еще один любопытный технический момент: многие гипотезы предполагали, что продолжительность БДГ-сна имеет отношение к предшествующему бодрствованию. Однако будь это так, следовало бы ожидать, что в начале ночного сна продолжительность фазы БДГ-сна должна быть больше, а потом постепенно снижаться. На деле же происходит ровно противоположное: первая фаза БДГ-сна может длиться всего 5–10 минут, тогда как последняя в составе того же ночного сна может иметь продолжительность до 25 минут. См. Siegel JM (2005). Clues to the functions of mammalian sleep, Nature 437 (7063): 1264–1271. И это вполне соответствует логике системы, которая вынуждена сражаться за свою территорию тем яростнее, чем дольше она не получает зрительных сигналов от внешнего мира.
  Еще одно важное замечание: если у молодого животного снизить приток света только в один глаз, аппаратура позволяет зафиксировать, что видящий глаз перехватил часть территории у глаза, к которому не поступает свет. Если затем вы лишите животное БДГ-сна в критически важный для развития чувствительный период, дисбаланс будет развиваться быстрее. Иными словами, БДГ-сон (одинаково благоприятствующий обоим зрительным каналам) помогает замедлить отъем территории зрительной коры, в данном случае – действующим глазом у бездействующего. В отсутствие БДГ-сна территориальные захваты происходят быстрее.


[Закрыть]. В условиях постоянной конкуренции за территорию сенсорного представительства затылочная доля коры хорошо поднаторела в самообороне. Как-никак зрение снабжает нас критически важной для совершения действий информацией, однако половину времени ее предательски крадет ночная тьма. В этом смысле сновидения можно рассматривать как нечаянное дитя любви от союза нейронной пластичности с суточным вращением планеты.

Ключевой момент, на который следует обратить особое внимание, – анатомическая точность ночных залпов электрической активности. Они исходят из стволового отдела мозга и направлены всегда в одно и то же место – затылочную долю коры. Если бы эта часть нейронной сети разветвлялась широко и беспорядочно, следовало бы ожидать, что она установит связи со многими областями по всему мозгу. Но не тут-то было. Нейронная сеть анатомически безошибочно прорастает в одно и только одно конкретное место – крошечную структуру, называемую латеральным коленчатым ядром, которое транслирует сигналы конкретно и точно в затылочную долю коры. С позиций нейроанатомии такая конкретная направленность нейронных связей должна быть предназначена для важной функции.

С этой точки зрения неудивительно, что даже у незрячего от рождения индивида сохраняется такая же, как у всех других людей, схема нейронных связей, соединяющая стволовой отдел мозга с затылочной долей коры. А как обстоит дело со сновидениями у незрячих? Можно ли ожидать, что они совсем не видят снов, поскольку темнота для их мозга ничего не значит? Ответ на этот вопрос открывает глаза на многое. С рождения слепые люди (или утратившие зрение в очень раннем возрасте) не видят в снах зрительных образов, но определенно и непременно переживают другого рода чувственный опыт, например ощущают, что идут по знакомой гостиной, где мебель переставлена на другие места, слышат лай или вой диковинных зверей[82]82
  В статье от 1999 года The dreams of blind men and women («Сны незрячих мужчин и женщин») Крэйг Хуровиц с коллегами тщательно описывают и подробно анализируют 372 сновидения пятнадцати незрячих взрослых.


[Закрыть]. Это прекрасно укладывается в недавно усвоенный нами урок: затылочная доля коры у незрячих захвачена и поделена другими органами чувств. Таким образом, у слепых от рождения людей все равно происходит ночная активация затылочной коры, но переживается это как нечто невизуальное. Иными словами, при нормальных обстоятельствах ваша генетика исходит из той логики, что лучший способ бороться с несправедливостью ночной темноты по отношению к зрению – ночами посылать волны активности в затылочную долю коры; точно так же обстоит дело в мозге незрячего человека, несмотря на то что первопричина этой задумки утрачена. Обратите внимание, что в сновидениях людей, потерявших зрение после семи лет, больше визуального содержания, чем у тех, кто стал незрячим раньше, и это укладывается в тезис, что у ослепших в более позднем возрасте затылочная доля коры в меньшей степени захвачена другими чувствами, и потому ее активность переживается индивидом как более насыщенная зрительными образами[83]83
  У людей, лишившихся зрения в возрасте старше семи лет, в сновидениях присутствует больше зрительного содержания, чем у лишившихся зрения в более раннем возрасте. См. Amadeo M, Gomez E (1966). Eye movements, attention and dreaming in the congenitally blind, Can Psychiat Assoc J.: 501–507; Berger RJ et al. (1962). The EEC, eye-movements and dreams of the blind, Quart J Exp Psychol 14 (3): 183–186; Kerr NH et al. (1982). The structure of laboratory dream reports in blind and sighted subjects, J Nerv Mental Dis 170 (5): 286–294; Hurovitz C et al. (1999). The dreams of blind men and women: a replication and extension of previous findings, Dreaming 9: 183–193; Kirtley DD (1975). The psychology of blindness (Chicago: Nelson-Hall). У поздно ослепших затылочная доля коры в меньшей степени захвачена другими чувствами: см., например, Voss et al. (2006, 2008).


[Закрыть].

Весьма любопытно, что две другие области мозга – гиппокамп и префронтальная кора – во время сна со сновидениями менее активны, что предположительно объясняет, почему нам так трудно запоминать сновидения. Почему мозг на время сна выключает из работы эти две области? Одна из возможных причин в том, что нет смысла записывать в память сюжеты снов, если главное их назначение – всего лишь поддерживать активность зрительной коры для отражения атак соседей на ее кортикальную территорию.

Много важного и любопытного дают межвидовые сравнения. У ряда млекопитающих детеныши рождаются недоразвившимися – в том смысле, что не могут передвигаться, регулировать температуру тела, добывать пищу или защищаться от противников. Примерами служат человек, хорек, утконос. Детеныши других видов млекопитающих – морских свинок, овец, жирафов – появляются на свет уже развитыми: у них имеются зубы, меховой покров, открытые глаза и способность к терморегуляции, а самостоятельно передвигаться они способны уже через час после рождения, равно как и питаться твердой пищей. Важное различие тут вот в чем: животные, которые рождаются недоразвившимися, проводят в фазе БДГ-сна гораздо больше времени, чем те, что родились уже развившимися. Это особенно очевидно в первый месяц жизни[84]84
  Zepelin H, Siegel JM, Tobler I (2005). Principles and practice of sleep medicine, vol. 4, ed. MH Kryger, T Roth, and WC Dement (Philadelphia: Elsevier Saunders), 91–100; Jouvet-Mounier D, Astic L, Lacote D (1970). Ontogenesis of the states of sleep in rat, cat, and guinea pig during the first postnatal month, Dev Psychobiol 2: 216–239.


[Закрыть]. Мы объясняем этот факт тем, что, приходя в этот мир, высокопластичный мозг вынужден беспрерывно бороться за поддержание своих составляющих в состоянии равновесия. А когда на свет является в основном уже сложившийся мозг, необходимость ввязываться в ночные битвы уменьшается.

Более того, обратите внимание, что с возрастом количество БДГ-сна снижается. Фаза быстрого сна свойственна млекопитающим всех видов, однако по мере старения ее продолжительность неуклонно падает[85]85
  Siegel JM (2005).


[Закрыть]. Что касается нашего вида, у младенцев примерно 50 % сна приходится именно на эту фазу, у взрослых – только от 10 до 20 %, а у пожилых людей быстрый сон занимает и того меньше времени. Данная межвидовая закономерность хорошо согласуется с тем фактом, что младенческий мозг намного более пластичен, чем повзрослевший (и мы еще увидим это в главе 9), и потому конкуренция за кортикальную территорию приобретает еще более критическое значение. По мере взросления животного возможность кортикальных захватов снижается. Ослабление пластичности мозга происходит параллельно с сокращением времени, проводимого в фазе быстрого сна.

Наша гипотеза позволяет сделать одно предположение на отдаленное будущее, когда мы обнаружим жизнь на других планетах. Некоторые планеты (в особенности на орбитах вокруг так называемых красных карликов, значительно меньших, чем другие холодные звезды) «застревают» в одном положении относительно своей звезды и потому постоянно обращены к ней только одной стороной: в одном полушарии таких планет царит нескончаемый день, а в другом – вечная ночь[86]86
  Angerhausen D et al. (2012). An astrobiological experiment to explore the habitability of tidally locked M-Dwarf planets, Proc Int Astron Union 8 (S293): 192–196. Подчеркну, что примерно такое же положение свойственно Луне, которая все время обращена к Земле одной стороной. Следует отметить, однако, что период осевого обращения Луны в точности совпадает с периодом ее орбитального обращения, почему мы и видим все время одно и то же ее полушарие, но при этом на Луне все равно имеется разделение суток на день и ночь, поскольку она поворачивается к Солнцу разными сторонами. На планетах с приливно-отливной привязкой к своей звезде день и ночь отсутствуют.


[Закрыть]. Если бы формы жизни на подобной планете имели оснащенный нейронной сетью мозг, хотя бы отдаленно напоминающий наш, можно было бы предположить, что жители дневной стороны могут обладать зрением, подобным нашему, но без способности видеть сны. Такое же предположение резонно сделать относительно планет с очень высокой скоростью вращения: если ночное время на них длится меньше времени кортикального захвата, сон со сновидениями их обитателям не нужен. Пройдут тысячи лет, и мы, вероятно, узнаем точно и окончательно, составляем ли мы, человечество, с нашим даром видеть сны, так сказать, вселенское меньшинство.

Что снаружи, то и внутри

Большинство посещающих Трафальгарскую площадь в Лондоне, желая взглянуть на величественную колонну Нельсона, едва ли задумываются о том, как искажена соматосенсорная кора в левом полушарии доблестного адмирала. А вообще-то должны бы. Ибо в этом вынужденном непорядке находит отражение один из самых впечатляющих трюков мозга: способность оптимально кодировать тело, отданное ему в попечение.

Как мы уже уяснили, всякое изменение входных сенсорных сигналов (как бывает при ампутации конечности, слепоте или глухоте) ведет к крупным кортикальным реорганизациям. Хранящиеся в мозге карты тела не закреплены генетически, а наоборот, прорисовываются в соответствии с входящей информацией. Эти карты опытозависимы. Они не есть результат заранее прописанного в генах всеобщего плана, а складываются под действием приграничных конкурентных войн и переделов кортикальной территории. И поскольку между нейронами, которые возбуждаются одновременно, возникает прочная связь, их коактивация задает конфигурацию участков, отданных под те или иные кортикальные представительства. Какова бы ни была форма вашего тела, каким бы переменам ни подвергалась, в конце концов она будет в точности картирована на поверхности мозга. В эволюционном плане такие механизмы, зависящие от активности, позволяют быстро проверять естественным отбором бесчисленное множество типов телосложения – от когтей до перьев, от крыльев до цепких хвостов. Природе нет нужды генетически перечерчивать мозг всякий раз, когда она проводит ходовые испытания новых телесных форм; все, что надо, – позволить ему самому подстроиться к переменам. Это соображение подчеркивает главный момент, красной нитью вплетенный в содержательное полотно данной книги: живой мозг очень отличается от цифровой вычислительной машины. Продвижение вглубь нейронных просторов заставит нас отказаться от понятий традиционной инженерной науки и пошире раскрыть глаза.

Любые изменения форм тела, в каком бы его уголке они ни осуществлялись, иллюстрируют происходящее во всех сенсорных системах. Мы уже знаем, что, когда человек рождается незрячим, его зрительная кора настраивается на слух, осязание и прочие чувства. В плане восприятия последствия такого кортикального захвата оборачиваются повышенной чувствительностью: чем больше кортикальной территории отдано под решение задачи, тем с лучшим качеством она выполняется.

Помимо всего прочего, мы открыли для себя, что, если человеку с нормальной зрительной системой временно перекрыть зрительное восприятие повязкой на глазах, его первичная зрительная кора будет активироваться, когда он станет выполнять какие-либо операции пальцами, а также слушать звуки разной тональности или речь. Если повязку через короткое время снять, зрительная кора быстро возвратится в исходное состояние и начнет реагировать только на входные визуальные сигналы. Как мы увидим в следующих главах, внезапно открывающаяся способность мозга «видеть» пальцами и ушами опирается на связи, проложенные в зрительную кору от других органов чувств, причем эти связи изначально присутствуют в мозге, но бездействуют во время поступления сигналов от глаз.

Сказанное в целом подводит нас к предположению, что зрительные сновидения – это побочный продукт конкуренции нейронов и осевого вращения нашей планеты. Организм, желающий оградить свою зрительную систему от захвата другими чувствами, должен выработать способ поддерживать ее в активном состоянии, когда темнота перекрывает ей поток входной информации от глаз.

Вот теперь мы созрели для следующего вопроса. Нам уже ясно, что кора мозга обладает чрезвычайной гибкостью. Но каковы пределы этой гибкости? Можно ли поставлять мозгу данные самых разных типов? Сможет ли он с легкостью сам догадаться, как использовать данные, которые к нему попали?