Текст книги "Автостопом по мозгу. Когда вся вселенная у тебя в голове"

Сигналы о звуках (вместе с сигналами о равновесии от полукружных каналов) отправляются к стволу мозга по собственному черепному нерву – преддверно-улитковому. Как и в случае со зрительной системой, по пути часть волокон перекрещивается; правда, здесь нет никаких зрительных полей, и на другую сторону переходит не половина, а примерно 90 % всех волокон, несущих слуховую информацию. После перекреста информация из моноуральной становится бинауральной, то есть нейроны могут сопоставлять информацию от двух ушей и делать выводы об источнике звука, сравнивая время и интенсивность сигналов в каждом из них.

Наши уши способны вычленить из моря голосов только тот, который для нас важен, благодаря инструкциям от мозга.

Из ствола, где происходит перекрест сигналов, информация отправляется в нижние бугры четверохолмия. Вместе с верхними буграми, которые отслеживают зрительную информацию и движения глаз, они обеспечивают ориентировочные рефлексы, благодаря чему мы можем почти мгновенно обернуться на внезапный звук, и направление взгляда будет довольно точно соответствовать месту, откуда раздался звук.

Направление резкого звука мы можем определять благодаря ядрам, расположенным в стволе. Они специально «заточены» для того, чтобы оценивать разницу между моментами, когда звук достиг правого и левого уха.

Если источник находится прямо спереди или сзади, звук достигнет ушей одновременно, а если, например, доносится слева, то левого уха он достигнет примерно на полмиллисекунды раньше, чем правого. Вообще-то это крохотная разница, буквально одно мгновение, но возможности нашей слуховой системы определять ее просто поражают воображение: в слуховых ядрах ствола нейроны в состоянии улавливать различия меньше чем в 1/1000 секунды! Люди не столь точны в своих оценках, как нейроны в мозге, но тем не менее наша способность определять направление до источника звука тоже впечатляет: в экспериментах люди отмечали различия в 2 градуса – когда объект смещается на такой угол, разница во времени, за которое звуки долетают до правого и левого уха, меняется всего на 11 микросекунд.

Из нижних бугров четверохолмия информация отправляется в таламус и уже оттуда попадает в первичную слуховую кору, расположенную по верхней кромке височной доли. На протяжении всего путешествия от кортиева органа к коре нервные волокна, проводящие сигналы, сохраняют тонотопию – звуки разной частоты расположены в нейронах упорядоченно: низкие звуки, улавливаемые верхушкой улитки, попадают в участки слуховой коры спереди, и чем дальше назад вдоль слуховой коры, тем более высокие звуки там обрабатываются. Об организации первичной слуховой коры ученым пока мало что понятно: в ней обнаружены нейроны, которые чувствительны к звукам определенной интенсивности либо избирательно активируются на сигналы от одного уха и подавляют активность на сигналы от другого (или, наоборот, активируются только на сигналы, идущие от двух ушей). Кроме того, есть нейроны, различающие звуки одной частоты, но разной длительности. Некоторые нейроны в первичной слуховой коре реагируют на более сложные звуки – стуки, щелчки, шумы и звуки животных. Вероятно, нейроны первичной слуховой коры чувствительны к временным характеристикам звуков – это особенно важно для восприятия речи: имеет значение не только набор высоких и низких частот, но и конкретный порядок их появления, пока человек произносит какую-то фразу или слово [14].

В зависимости от нашего положения в пространстве звук может достигать обоих ушей одновременно или, наоборот, какого-то одного – в первую очередь.

Вблизи первичной слуховой коры расположены более высокоуровневые зоны: считается, что вторичная слуховая кора важна для восприятия гармонии, ритма и мелодии звуков (это не обязательно касается музыки; у речи тоже есть своя мелодия и ритм). Возможно, она отвечает и за то, чтобы мы могли отличать различные фонемы в речи (например, что произносит наш собеседник: «люк» или «лук»). Третичная слуховая кора, по всей вероятности, воспринимает более сложные и цельные слуховые образы.

Как устроено движение

Движение – это жизнь.

Аристотель

Животные (как царство[20]20
  В приведенном контексте царство – это вполне солидный биологический термин. Помимо царства животных, к живым организмам с ядерными клетками относятся растения, грибы и протисты. Животные бывают позвоночными и беспозвоночными, и даже очень просто устроенные беспозвоночные, если они активно двигаются, обладают какой-никакой нервной системой. В целом у животных просматривается отчетливая закономерность: чем сложнее его поведение, тем сложнее устроены мозги. – Прим. авт.


[Закрыть]) отличаются от других многоклеточных организмов (растений и грибов) прежде всего способностью к целенаправленному движению и мозгами, причем мозги и движение идут рука об руку: чем сложнее поведение, тем больше мозг (с поправкой на физические размеры организма). Если ты проводишь всю жизнь, сидя на одном и том же месте, не имеет никакого смысла заводить себе такой дорогостоящий орган. Собственно, мозг нужен животным именно для того, чтобы эффективно двигаться в поисках пропитания, не врезаясь в препятствия и по возможности избегая неприятностей вроде естественных врагов и конкурентов. У кактусов и мухоморов мозга нет, а у гусеницы и червяка есть, потому что в случае кактусов и мухоморов для выживания можно обойтись сравнительно дешевыми защитными механизмами (вроде колючек или ядов), а пропитание грибы и растения добывают себе без лишней суеты, сидя на одном и том же месте.

Люди – не исключение из железного правила биологии «МОЗГ НУЖЕН ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ». Хотя мышление людей устроено намного сложнее, чем у других представителей живого мира, наш мозг тоже предназначен прежде всего для движения. Об этом говорит хотя бы тот факт, что в отделах мозга, отвечающих за движение, находится большинство нейронов нашего мозга, а многие другие, недвигательные, задачи в нашем мозге, если присмотреться, оказываются тесно связанными с действиями.

Наши выдающиеся способности к познанию, анализу и самокопанию первоначально развивались, чтобы мы могли лучше двигаться – легче, быстрее, эффективнее, безопаснее, в правильном направлении и, по возможности, в сплоченном кругу единомышленников.

В нашем теле есть две взаимодополняющие системы, от которых мы зависим в любой деятельности. Сенсорная система получает информацию от систем осязания (и не только) и на ее основе формирует внутреннее представление о нашем теле во внешнем мире. Двигательная система, наоборот, отталкивается от этого внутреннего представления, чтобы изменить его в нужную сторону в реальном мире. Вот мы стоим на игровом поле, и в нашу сторону летит мяч. Мозг позволяет за считаные секунды оценить положение тела, направление и скорость движения мяча и отдать команду мышцам тела, чтобы спустя мгновение мяч оказался в наших руках (или полетел к другому игроку после паса ногой – все зависит от правил и навыков). Если вникнуть в то, как это происходит, это невероятная по сложности задача. Мозг в буквальном смысле на лету способен анализировать малейшие отклонения в движении объектов, чтобы моментально в точности скорректировать движения мышц для достижения нужной цели – сохранить равновесие, споткнувшись или наступив на шаткую поверхность; перехватить мяч, поменявший траекторию от порыва ветра; подхватить опрокинутый стакан или телефон, летящий из рук на асфальт. Хоть нам и не всегда удается все это сделать, поразительно, что довольно часто многое все-таки получается – двигательный контроль в мозге доведен практически до совершенства, и даже обидно, что мы так редко об этом задумываемся.

Надо сказать, что наша невнимательность и даже некоторая беспечность обычно не помеха для повседневных дел – большинство движений запускаются мозгом в обход осознания. Это весьма предусмотрительно, ведь внимание человека – это ценный и ограниченный ресурс, а мышц в организме больше полутысячи[21]21
  Обычно число мышц оценивается в 640–650, но иногда доходит до 800 с лишним. – Прим. авт.


[Закрыть].

Если отслеживать шевеление каждой мышцы, можно просто сойти с ума. Даже если отслеживать не отдельные мышцы, а движения, задача остается чересчур сложной. Показателен пример: при каждом шаге движениями ног управляют несколько десятков слаженно работающих мышц.

Обычный человек ежедневно проходит хотя бы несколько тысяч шагов, и если бы нам приходилось в буквальном смысле сознательно контролировать каждый свой шаг, это было бы крайне утомительно (и, скорее всего, неэффективно). Однако именно потому, что все это проходит мимо нашего внимания, мы не подозреваем, насколько сложные процессы стоят даже за самыми тривиальными движениями.

В мозге есть целая иерархия отделов, которые занимаются контролем движения. Сначала в голове должна возникнуть цель, ради которой мы захотим пошевелиться. Желательно, чтобы в каждый момент времени она была одна: если их внезапно больше, придется думать, что выбирать или как исхитриться угнаться за обоими зайцами в одном забеге. После того как мы определились с выбором цели, нужен план действий, который поможет ее достичь. Дальше мозг должен превратить последовательность действий в партитуру для скелетной мускулатуры: какие мышцы и с какой силой нужно напрячь, в каком порядке подобрать для каждой нужный момент, чтобы запустить сокращение, отследить длительность и точность и т. д. Нашему внутреннему «моторному» дирижеру приходится согласовывать и направлять все эти штуки, и он справляется с этим блестяще – до такой степени, что мы даже не обращаем внимания на то, насколько это сложно[22]22
  Думаю, люди, довольно трезво оценивающие сложность наших движений, – это даже не нейробиологи (по крайней мере, далеко не все), а инженеры-кибернетики, которые пытаются обучить роботов двигаться по пересеченной местности, не спотыкаясь и не теряя равновесия. При этом какие-нибудь тараканы справляются с этим намного лучше роботов, то есть для таких задач достаточно даже крохотных мозгов беспозвоночных. А чтобы создать нейропротез, не отличимый от человеческой руки, потребуются еще долгие годы разработок (будем надеяться, что когда-нибудь это все же случится). – Прим. авт.


[Закрыть].

После всех подготовительных этапов во время выполнения действий нужно постоянно получать обратную связь от тела, чтобы каждое мгновение вносить корректировки в то, что происходит: сменить темп и силу сокращений мышц ног и корпуса в зависимости от того, оказался ли пол под ногами скользким, покрытым ворсистым ковром или заваленным досками и мешками с цементом для предстоящего ремонта. Все это обычно проходит мимо нашего сознания, кроме самой верхушки айсберга – скажем, осознания, что сейчас надо подойти к двери и посмотреть, кто пришел.

Глава 7
Кто такой кортикальный гомункул и как он появился

Вначале было электричество. В том смысле, что долгий путь к созданию гомункула начался с того, что Луиджи Гальвани[23]23
  Итальянский врач, анатом, физиолог и физик, один из основателей электрофизиологии и учения об электричестве. – Прим. ред.


[Закрыть] взял дохлую лягушку и заставил ее задние лапы дергаться и сокращаться при помощи электрических разрядов в область седалищных нервов [1]. Гальвани заинтересовался происходящим и решил лучше разобраться с тем, почему электричество заставляет мертвую лягушку трепыхаться, словно она живая. Он подошел к феномену не как физик, а как физиолог: тщательно исследовал вновь открытое явление и заключил, что электричество способно оживлять обездвиженные мышцы, потому что заменяет собой электрические импульсы, которые в живом организме генерирует головной мозг. Так Луиджи Гальвани стал отцом-основателем электрофизиологии, а сотни его последователей начали изучать биоэлектричество и его роль в жизни животных.

Следующими в ряду праотцов гомункула стали Густав Фрич и Эдуард Гитциг: они решили посмотреть, что будет, если стимулировать не периферические нервы, а кору головного мозга животных. Оказалось, что реакция будет зависеть от того, куда конкретно направить электрический разряд. Если стимулировать участки мозга, расположенные примерно посередине каждого из полушарий, можно наблюдать сокращения мускулов на противоположной стороне тела животного. Прикладывая электрод к разнообразным участкам коры, ученые в конечном счете обнаружили, что в мозге есть двигательная полоска – узкая вертикальная полоса серого вещества, вдоль которой расположены центры управления скелетными мышцами на противоположной стороне тела[24]24
  Поскольку в мозге со сторонами тела и их управлением все непросто, в нейробиологии есть два удобных латинских термина: ипсилатеральный обозначает, что второй объект находится с той же стороны, что и первый, а контралатеральный – что второй объект находится на другой стороне тела. Например, за движение правой руки отвечает контралатеральное полушарие большого мозга и ипсилатеральная половина мозжечка. Когда объектов становится три, как в примере выше (рука, большое полушарие, мозжечок), словами «противоположный» и «с той же стороны» уже не обойдешься, получится слишком запутанно. – Прим. авт.


[Закрыть]. Разным мышцам соответствовали разные участки двигательной полоски, то есть двигательный контроль в коре головного мозга имел выраженную топографическую организацию, где каждый из участков коры отвечал за движения определенной части тела.

Электрическая стимуляция мозга помогает понять во время нейрохирургической операции, все ли идет по плану.

С развитием нейрохирургии электрическую стимуляцию мозга стали применять нейрохирурги. Когда в мозге развивается опухоль, ее нужно удалить, чтобы спасти пациента, но сначала важно разобраться, где проходит граница между здоровой и перерожденной тканью. Если этого не сделать, со всех сторон поджидают неприятности: если быть осторожным и оставить в мозге часть опухоли, она может вырасти вновь, а если перестараться и удалить лишнее, можно повредить здоровые участки коры, нарушив нужные и важные процессы. Поэтому нейрохирурги проводят тестовую электрическую стимуляцию вокруг опухоли перед тем, как ее удалять. Таким образом медики проверяют, где заканчивается опухоль и начинаются здоровые ткани, заметно увеличивая шансы пациента на благополучный исход и снижая риск потери неврологических функций.

Этот подход помогает не только пациентам, но и ученым [2]. В 1937 году Уайлдер Пенфилд и Эдвин Болдри опубликовали в журнале Brain статью, где рассказывали о результатах стимуляции той самой двигательной полоски в головном мозге 126 пациентов, которых Пенфилд прооперировал под местной анестезией. В основу работы легли отчеты о том, где и какие ощущения замечали пациенты, пока хирург перемещал стимулирующий электрод вдоль центральной борозды, разделяющей лобную и теменную доли. Эти данные помогли понять, как у человека организованы отделы коры, отвечающие за ощущения и управление телом.

Карта тела в коре головного мозга сильно отличается от реальных пропорций тела.

Тщательно проанализировав толстую кипу протоколов операций, ученые получили первую всеобъемлющую карту с расположением зон человеческого тела вдоль моторной и соматосенсорной коры. На 42-й странице статьи Пенфилда и Болдри читатель встретит небольшое перевернутое изображение человека-лягушки с непропорционально большой головой и руками – это был сенсомоторный гомункул собственной персоной. Своим появлением он отражал то, как, по мнению ученых, усредненный мозг соотносился с усредненным человеческим телом[25]25
  Об усреднении тут написано не просто так: индивидуальные карты тела в мозге людей могут очень заметно различаться. – Прим. авт.


[Закрыть].

Примерно так выглядит гомункул

В нашем головном мозге отделы коры, отвечающие за движения и ощущения в теле, расположены в прямом смысле бок о бок. Они разделены довольно глубокой центральной бороздой, отделяющей лобную долю от теменной. Спереди от борозды расположена первичная моторная кора – она контролирует наши движения; сзади – соматосенсорная, которая получает от тела обратную связь и затем отправляет ее к моторной коре. Вдоль двух узких полосок находятся различные участки, которые, как и у животных, организованы топографически, представляя собой карту ощущений и движений тела.

Исследуя своих пациентов, Пенфилд обратил внимание на то, что карта нашего тела в коре больших полушарий мало похожа на то, как мы видим себя в зеркале. Во-первых, тело человека в коре как бы перевернуто: ближе к макушке расположены участки, управляющие движениями ног, затем чуть ниже появляются участки, управляющие руками: предплечьями, ладонями и отдельными пальцами, а еще ниже расположены участки, отвечающие за движения лицом, ртом и языком. Сзади параллельно и в том же порядке идут зоны коры, отвечающие за чувствительность в этих частях тела. Вторая необычная особенность кортикального гомункула заключается в том, что карта тела в коре совершенно не соответствует пропорциям нашего тела в действительности. Зоны, отвечающие за лицо и кисти рук, чрезвычайно увеличены по сравнению с зонами, отвечающими за все остальное тело.

Если вдуматься, у такой диспропорции в представлениях коры о нашем теле есть определенный смысл: лицо и кисти рук – это одни из самых важных зон в повседневной жизни человека. Лицо и рот служат не только воротами в наш организм (и обратно), пока мы дышим, глотаем, жуем и облизываемся, чихаем и кашляем. Помимо этого, нос, рот, гортань и несколько полостей внутри головы образуют тот самый речевой аппарат, с помощью которого мы разговариваем. Чтобы четко и без запинки выговорить «Клара у Карла украла кораллы», нужно поистине виртуозное владение мышцами речевого аппарата. Чтобы четко говорить с приемлемой скоростью, нужно тщательно координировать мельчайшие движения и делать это чрезвычайно быстро. Опять-таки, чтобы написать или напечатать ту же самую скороговорку, а также продеть нитку в иголку, завязать шнурки или съесть тарелку риса китайскими палочками, понадобится уже тонкая моторика рук. С другой стороны, когда нам нужно двигать ногами или корпусом, такая филигранная и точно скоординированная работа мускулатуры не нужна, поэтому подвижность и чувствительность этих зон (как и их представленность в коре больших полушарий) намного скромнее.

Зоны мозга, отвечающие за лицо и руки, сильно увеличены по сравнению с другими зонами.

В дальнейшем оказалось, что двигательный ответ на электрическую стимуляцию первичной моторной коры зависит от длительности воздействия. Короткие импульсы длительностью около 1/20 секунды обычно вызывали короткие сокращения отдельных мускулов. Однако если продолжать стимулировать участок коры, ответ становится куда более сложным и неоднозначным. Скажем, если стимулировать определенный участок полсекунды, можно вызвать сложное движение, которое не просто затрагивает несколько мышц, но и зачастую задействует несколько частей тела, например руку и лицо (когда обезьяна будто бы брала что-то невидимое из воздуха, подносила к лицу и открывала рот, чтобы съесть, или поднимала руку и строила угрожающую гримасу, словно защищаясь от чего-то).

Простое соответствие между нейронами в моторной коре и частями нашего тела оказалось не таким уж простым.

Можно сказать, что карта нашего тела в первичной моторной и соматосенсорной коре – это не просто карта биотопов нашего тела, когда на определенном участке либо «растет лес» (кодируются движения рукой), либо «простирается степь» (кодируются движения лица). Скорее это что-то вроде карты народов, которые предпочитают селиться рядом со своими, но могут перемешиваться с соседями. Где-то этнос живет изолированно: в этой области длительная электрическая стимуляция запускает движение только пальцев руки, только движение ногой и т. д. Чем ближе к центральной борозде, разделяющей соматосенсорную и моторную кору, тем больше «мультикультурность»: в некоторых участках непосредственно вблизи от борозды можно запустить программу движений, охватывающую практически все части тела [2].

Гомункул оказался очень необычным и наглядным, но все-таки излишне упрощенным представлением того, как устроена связь между корой головного мозга и телом. Тем не менее он верно отражает две важные закономерности. Во-первых, в коре головного мозга сверху расположены участки, контролирующие нижнюю часть тела, а внизу – те, что контролируют рот и лицо, расположенные выше всего, то есть карта нашего тела «нарисована» вверх тормашками. Во-вторых, в этой карте есть очевидная диспропорция: огромные области внутри мозга заняты управлением сравнительно небольших по размеру частей – рук и лица, – которые играют чрезвычайно важную роль в нашей повседневной жизни и общении с другими. Тем не менее участки коры вдоль центральной борозды с расположившимся там гомункулом – далеко не единственные отделы, напрямую связанные с движениями.

Глава 8
Кто есть кто: как кора головного мозга управляет движениями

Если анализ информации от органов чувств начинается с первичной зрительной и слуховой коры, то в случае движений первичная моторная кора (ее еще сокращенно называют М1) – конечная станция двигательного планирования. Это и есть та двигательная полоска, от которой сигналы идут уже непосредственно к мотонейронам, управляющим отдельными мышечными волокнами. Первичная моторная кора, запускающая движения, – это узкий участок коры, идущий спереди вдоль центральной борозды, разделяющей лобную и теменную долю. Сзади от той же центральной борозды идет примерно такой же узкий участок, отвечающий за чувствительность нашего тела – соматосенсорная кора. И над М1 существует целая начальственная иерархия из структур двигательного контроля, которые занимаются тем, как соотнести наши хотелки и нужды с поведением, то есть как преобразовать наши высокие (или не очень) намерения в подходящую для этих целей последовательность мышечных сокращений.

Даже для того, чтобы намеренно не двигаться, мозг активирует отделы, отвечающие за контроль движений.

Например, если кто-то просит уступить ему место, вариантов может быть примерно три: встать и уступить место, отказаться вставать или же просто проигнорировать просьбу. Во всех трех случаях нужно реализовать ту или иную двигательную программу – напрячь мышцы ног и корпуса, чтобы встать, задействовать речевой аппарат (открыть рот и сказать «нет») или отвести взгляд и по возможности не подавать вида, что просьба вообще прозвучала. Даже для того, чтобы ничего не делать и никуда не двигаться, требуется работа отделов двигательного контроля – от принятия решения до его последствий (мозг обязательно отслеживает, к чему привела та или иная реакция, чтобы использовать это в будущем).

«Основные игроки», принимающие активное участие в двигательном контроле, и распределение обязанностей между ними

Спереди от М1 есть два отдела, связанные с планированием движений, – премоторная и дополнительная моторная кора. Если стимулировать эти отделы, то, вместо того чтобы сразу двигаться, пациент почувствует острое желание пошевелиться. И только если продолжить стимуляцию, намерение будет выполнено, и мышцы придут в движение [1]. Во время стимуляции пациенты чувствуют неодолимое желание выполнить определенное действие – схватить какой-нибудь (не важно, какой) объект в поле зрения или согнуть и подвинуть ногу под себя. Пациенты прекрасно осознают, что именно они хотят сделать, но никак не могут контролировать или подавить это желание до тех пор, пока не закончится стимуляция.

Премоторная кора помогает нам не падать, даже когда мы стоим на «качающейся» поверхности.

Дополнительная моторная кора участвует в планировании и организации последовательностей движений; кроме того, она нужна для того, чтобы вовремя остановить привычные автоматические действия, которые человек машинально выполняет в определенной ситуации, и сделать взамен что-то другое [3]. Если дополнительная моторная кора начеку, скорее всего, у нас получится заскочить в ремонт обуви или химчистку по дороге домой, даже если мы бываем там крайне редко. Если дополнительная моторная кора «проспит», автопилот доведет нас до дома, и только там мы вспомним о костюме и туфлях, которые собирались забрать по пути домой.

Премоторная кора наиболее активна непосредственно перед тем, как M1 запустит команду двигаться: она собирает информацию о том, куда именно сейчас будет направлено движение и как расположено наше тело относительно цели. Скажем, если нам нужно перешагнуть с пирса на борт лодки, которая немного покачивается на волнах, премоторная кора поможет не промахнуться мимо борта лодки и не потерять равновесие, когда мы сделаем шаг над водой.

Хотя в коре полушарий головного мозга есть всего три отдела со словом «моторный» – первичная моторная, премоторная и дополнительная моторная кора, – на самом деле контроль наших действий задействует практически все отделы новой коры. Чтобы совершать целенаправленные действия, нужно понимать, в каком положении находятся отдельные части тела, куда и как их необходимо переместить и каким образом это можно сделать. Дальше нам зачастую приходится держать весь план действий в голове и следить за тем, не поменялось ли чего, – в этом случае план нужно скорректировать под новую ситуацию [4]. Одной моторной корой в таком случае не обойдешься.

При стимуляции разных зон мозга, отвечающих за движение, пациенты описывают возникшее желание двигаться по-разному.

Тем не менее в мозге есть еще одна зона, связанная с движением и двигательным планированием самым непосредственным образом, – ассоциативная соматосенсорная кора в верхней теменной дольке. Если проводить электрическую стимуляцию этой зоны, пациенты также сообщают о субъективном желании двигаться, однако в этом случае они описывали это желание совершенно иначе, чем во время стимуляции премоторной и дополнительной моторной коры. Во-первых, у пациентов не было ощущения, что это неодолимое и неконтролируемое желание, во-вторых, они обычно не могли толком объяснить, какое именно движение хотят совершить. Самое интересное, что, когда исследователи увеличивали силу и продолжительность стимуляции, пациенты все равно оставались неподвижными, но при этом были уверены, что уже совершили движение. Фактически во время стимуляции задних отделов теменной коры пациенты испытывали иллюзорные движения!

Вероятно, в теменной доле расположены отделы, контролирующие выполнение движений и сопоставляющие их с обратной связью от тела [1]. Теменная доля хорошо подготовлена для выполнения таких задач: в ассоциативную теменную кору поступает зрительная информация о том, где расположены интересующие нас объекты относительно текущего положения в пространстве, а расположенная рядом верхняя теменная долька получает тактильную информацию от первичной соматосенсорной коры. На основе этой информации формируется внутренний образ тела; у пациентов с повреждениями в этой зоне наблюдаются большие проблемы с восприятием своего тела – вплоть до того, что человек вообще перестает воспринимать определенные части тела как собственные [4]. В неврологии это называется нарушениями схемы тела.

Кора головного мозга контролирует сложные тонкие движения, необходимые для речи и письма. Для кашля и чихания, смеха или плача существуют зоны в стволе мозга, контролирующие эти жизненно важные движения, а кора здесь играет малозаметную роль, если играет вообще. Вероятно, именно поэтому такие действия невозможно выполнять по собственной воле[26]26
  В некоторой степени мы все-таки можем влиять на эти процессы, например, подавить желание покашлять или, наоборот, покашлять специально. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]: моторная кора просто не может вмешаться в процессы, которыми управляет ствол мозга, ведь такие произвольные вмешательства в жизненно важные процессы могут обернуться большими неприятностями [3].

Кора головного мозга управляет речью, а вот кашель она может разве что подавить, но не запустить – здесь вступает в игру ствол мозга.

Потенциал готовности и свобода воли: кто управляетнашими решениями?

Все началось с того, что в 1964 году Ганс Гельмут Корнхубер[27]27
  Немецкий невролог и нейрофизиолог. – Прим. ред.


[Закрыть] и его аспирант Людер Дике[28]28
  Немецкий и австрийский невролог, нейробиолог, педагог и врач, чьи научные открытия повлияли на исследования мозга, а также на лечение и реабилитацию неврологических расстройств. – Прим. ред.


[Закрыть] захотели исследовать что-то более интересное, чем пассивные реакции мозга на стимулы [5]. Они решили посмотреть, как выглядят записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у добровольцев, совершающих произвольные движения. Чтобы избежать помех, участники сидели неподвижно, шевелить им разрешалось только кистью руки. Усреднив множество таких записей, ученые обнаружили на записях ЭЭГ потенциалы готовности – небольшие сдвиги напряжения электрического поля к отрицательным значениям уже за секунду (!) до того, как человек сделает движение.

У потенциала готовности две фазы. Ранняя фаза более слабая, начинается за 1–1,5 секунды до движения, проявляется в области дополнительной моторной и поясной моторной коры, где движения планируются. Поздняя, более заметная, возникает примерно за полсекунды до самого мышечного сокращения в первичной моторной коре, запускающей движение.

В 1980-х годах Бенджамин Либет[29]29
  Американский ученый-нейробиолог в области человеческого сознания. – Прим. ред.


[Закрыть] решил узнать, как соотносится потенциал готовности с сознательным решением человека совершить определенное действие. Чтобы максимально точно засечь время решения, Либет просил добровольцев смотреть на специальный циферблат с точкой, которая совершала полный оборот за 2,56 секунды. Добровольцы должны были ждать, когда у них возникнет спонтанное желание шевельнуть рукой, и максимально точно запомнить положение точки в этот момент. Затем время на часах сравнивали с записями ЭЭГ и электрической активностью в мышцах.

В эксперименте обнаружилось два любопытных результата. Во-первых, люди способны довольно точно оценить, когда именно чувствуют сознательное желание действовать: в каждом из 40 испытаний волонтеры сообщали о том, что почувствовали намерение за 200 мс до начала движения (точность оценки составляла всего 20 мс, то есть разброс по времени между испытаниями был на удивление мал). Во-вторых, поздняя фаза потенциала готовности (той, что связана непосредственно с запуском движения в первичной моторной коре), наступала на 350 мс раньше, чем человек ощущал сознательное намерение двигаться! Сознательное желание пошевелиться отставало от момента запуска движения в премоторной коре на 300–400 мс – это оценка почти не менялась в 40 испытаниях для каждого из девяти участников эксперимента Либета.

Получается, что наш мозг сам заранее принимает решение без нашего участия, довольно запоздало уведомляя сознание о том, что сейчас будет происходить. Многие восприняли эти результаты как свидетельство того, что свобода воли – не более чем иллюзия, оформляющая поведение человека для него самого задним числом. В чем же смысл такого странного распорядка внутри нашей головы и зачем вообще нужна иллюзия осознанного решения?

Одно из объяснений заключается в том, что задача сознания – оценить решение, принятое в двигательных отделах мозга, и при необходимости дать команду остановиться, пока не поздно. Можно сказать, что мы осознаем свои намерения в самый последний момент: примерно за 200 мс до запуска движения как раз проходит точка невозврата, после которой человек уже не сможет остановить движение, даже если обстоятельства внезапно поменялись.

Это удалось показать в одном исследовании: на всех трех его этапах участников просили смотреть на экран и ждать, когда загорится зеленая лампочка, затем подождать примерно две секунды и нажать на педаль – в любой удобный момент, но до того, как лампочка загорится красным. Если они успевали, зарабатывали очки; если нет, теряли заработанные баллы. На первом этапе ученые обучали компьютер предсказывать действия участников по записям ЭЭГ, на втором оттачивали алгоритм, чтобы улучшить эффективность прогноза, а на третьем компьютер играл против участника, переключая лампочку на красную, когда засекал на ЭЭГ команду нажать на педаль.

Оказалось, что, если компьютер переключал лампочку на красную больше чем за 200 мс до начала движения, люди успевали остановиться, заметив запрещающий сигнал. Если красная лампа зажигалась позже, оставалась лишь одна возможность не проиграть компьютеру – как можно быстрее поменять траекторию текущего движения, чтобы нога прошла мимо педали [6].

Результаты этих экспериментов породили ожесточенные дискуссии и новые эксперименты, чтобы подтвердить или опровергнуть существование свободной воли и прояснить ее взаимоотношения с нашими действиями и процессами в мозге. Многие вопросы упираются в терминологию и личные пристрастия спорящих и вряд ли вообще разрешимы. Тем не менее из всех этих исследований можно сделать несколько довольно любопытных выводов.

Во-первых, планирование поведения и запуск движений поначалу идут неосознанно, то есть на самых ранних этапах двигательная программа в мозге разрабатывается без осознания происходящего. Тот момент, когда мы ощущаем намерение выполнить определенное действие, по-видимому, наступает намного позже, когда все уже готово. Некоторые из спорящих о свободе воли считают, что главная задача сознательного контроля – не инициировать поведение, а мгновенно оценить то или иное действие, чтобы дать добро или наложить на него вето. В этом случае свободу воли понимают как способность произвольно остановиться и воздержаться от нежелательных действий.

Во-вторых, осознанность и произвольность – это совсем не одно и то же. Люди могут выполнять некоторые вещи машинально, одновременно думая о чем-то еще – такое часто бывает с отточенными навыками и привычками. Это абсолютно нормально: обычно мы не думаем о том, сколько рутинных (но довольно сложных) вещей выполняем машинально. Наша двигательная система берет на себя колоссальный объем задач, которые буквально поглотили бы все наше внимание, если бы нам приходилось их сознательно контролировать.

Гораздо подозрительней выглядит ситуация, когда движения осознанны, но непроизвольны. Существуют различные расстройства, при которых человек воспринимает свои действия как непроизвольные, – начиная от тиков при синдроме Туретта[30]30
  Расстройство центральной нервной системы (головного мозга), которое проявляется непроизвольными двигательными и/или вокальными тиками (подергиваниями). – Прим. ред.


[Закрыть] и заканчивая довольно экстравагантными случаями вроде синдрома чужой руки[31]31
  Сложное психоневрологическое расстройство, форма апраксии, при которой одна или обе руки действуют сами по себе, независимо от желания хозяина. – Прим. ред.


[Закрыть]. При синдроме чужой руки у человека складывается впечатление, что рука обладает собственной волей и двигается помимо его желания.

Такое состояние может возникать при повреждениях в теменной коре в месте сочленения с височной корой. Некоторые ученые считают эту зону одним из очагов нашей субъектности, то есть ощущения, что это наше собственное тело, и мы сами хозяева своим действиям [7]. Эту гипотезу подтверждают и некоторые другие научные данные: скажем, нарушая работу мозга в области височно-теменного узла, можно вызвать у здоровых людей внетелесный опыт – ощущение выхода из собственного тела [8]. Мозг собирает информацию о положении нашего тела от органов чувств, чтобы создать цельный образ собственного «Я», а нарушения внутри этого процесса могут приводить к ощущению, что тело или отдельные его части нам не принадлежат. По тому, как человек описывает свой внетелесный опыт, можно узнать, какой поток информации барахлит: например, когда люди ощущают, что парят над своим телом, нарушен вестибулярный поток, а если рассказывают, что находились сбоку от своего тела, вестибулярный аппарат ни при чем.