Текст книги "Кто за главного? Свобода воли с точки зрения нейробиологии"

Функциональные модули

Действительно, сегодня кажется, что функции мозга локализованы куда точнее, чем даже Галль мог представить. Некоторые пациенты имеют такие повреждения в височной доле, при которых очень плохо распознают животных, но не предметы, созданные человеком, и наоборот{69}69
  Caramazza A., Shelton J. R. (1998) Domain-specific knowledge systems in the brain: the animate-inanimate distinction. Journal of Cognitive Neuroscience. 10 (1): 1-34.


[Закрыть]. При поражении в одном месте вы не сможете отличить джек-рассел-терьера от барсука (не то чтобы между ними была большая разница), а в другом – не узнаете тостер. Встречаются даже люди, которым определенные повреждения мозга не позволяют распознавать исключительно фрукты. Исследователи из Гарвардского университета Альфонсо Карамазза и Дженнифер Шелтон утверждают, что мозг содержит специализированные познавательные системы (модули) для одушевленных и неодушевленных предметов, с разными нейронными механизмами. Эти системы, связанные с конкретными областями, не содержат знания как такового, но заставляют нас подмечать различные стороны ситуации и тем самым увеличивают наши шансы на выживание. Например, это могут быть достаточно специфические детекторы для некоторых хищных животных, в частности для змей или крупных кошачьих{70}70
  Boyer P., Barrett H. C. (2005) Domain specificity and intuitive ontology. In: Buss D. M. (ed.) The handbook of evolutionary psychology (P. 96-118). NY: Wiley.


[Закрыть]. Стабильный набор соответствующих визуальных признаков может быть закодирован в мозге, вынуждая нас обращать внимание на определенные типы биологического движения (скольжение в случае змей) или на особые характеристики животного (острые зубы, обращенные вперед глаза, размер и форма тела в случае больших кошек). Такие признаки используются как входная информация для распознавания опасных животных{71}71
  Barrett H. C. (2005) Adaptations to predators and prey. In: Buss D. M. (ed.) The handbook of evolutionary psychology (P. 200223). NY: Wiley.


[Закрыть]. У нас нет врожденного знания, что тигр это тигр, зато есть врожденное понимание того, что большое крадущееся животное с острыми зубами и обращенными вперед глазами – хищник, и мы автоматически настораживаемся. Подобным же образом мы автоматически получаем небольшую дозу адреналина и отскакиваем в сторону, заметив скользящее движение в траве.

Такая специфичная система распознавания хищников, разумеется, есть не только у людей. Ричард Кросс с коллегами из Калифорнийского университета в Дэйвисе изучал белок, которые росли в изоляции и никогда в своей жизни не видели змей. Впервые столкнувшись с этими пресмыкающимися, белки их избегали, хотя не сторонились других новых объектов. Получается, белки обладают врожденной настороженностью по отношению к змеям. Фактически исследователи смогли доказать, что для исчезновения “змеиного шаблона” требуется десять тысяч лет существования без змей{72}72
  Coss R. G. et al. (1993) Development of antisnake defenses in California ground squirrels (Spermophilus beecheyi): II. Microevolutionary effects of relaxed selection from rattlesnakes. Behaviour. 124 (1-2): 137-164.


[Закрыть]. Это объясняет и поведение валлаби на острове Кенгуру. Они реагировали на какие-то визуальные сигналы, характеризующие чучела хищников, а не на поведение или запах. Таким образом, действительно существуют крайне специфичные модули (в данном случае для распознавания), работа которых не зависит от предшествующего опыта или социального контекста. Эти механизмы врожденные и встроенные: часть из них мы разделяем с остальными животными, какие-то есть у других видов, но не у нас, а существуют и исключительно человеческие.

Расщепление мозга

С 1961 года появилась новая возможность исследовать работу мозга благодаря пациентам, которым разъединили полушария, – так называемым пациентам с расщепленным мозгом. В конце 1950-х годов в Калифорнийском технологическом институте лаборатория Роджера Сперри изучала последствия рассечения мозолистого тела у обезьян и кошек{73}73
  См: Stamm J. S., Sperry R. W. (1957) Function of corpus callosum in contralateral transfer of somesthetic discrimination in cats. Journal of Comparative Physiological Psychology. 50 (2): 138-143; а также Glickstein M., Sperry R. W. (1960) Intermanual somesthetic transfer in split-brain rhesus monkeys. Journal of Comparative Physiological Psychology. 53 (4): 322-327.


[Закрыть] и разрабатывала методы выявления возможных эффектов. Исследователи обнаружили, что, если одно полушарие животного с неповрежденным мозолистым телом осваивало какую-то задачу, это умение передавалось и второму полушарию, чего не происходило, если мозолистое тело было рассечено. Разъединенные полушария по отдельности воспринимали информацию и обучались. Это удивительное наблюдение поставило вопрос: могли бы подобные последствия проявиться у человека? Идею встретили с изрядной долей скептицизма, причем по нескольким причинам. Хотя в конце XIX века многие описанные неврологические случаи охарактеризовали специфические нарушения при очаговых поражениях мозолистого тела, эти открытия стали заложниками теории Лешли об эквипотенциальности коры головного мозга: их проигнорировали, замели под ковер и в буквальном смысле позабыли на долгие годы. Еще одним мнимым контраргументом скептиков был тот факт, что у детей, родившихся без мозолистого тела, не проявлялось никаких побочных действий[11]11
  Позднее ученые пришли к выводу, что у таких детей развивались компенсаторные нервные пути.


[Закрыть]. И последняя важная причина заключалась в том, что одаренный молодой невропатолог Эндрю Акелайтис не обнаружил у двадцати шести своих пациентов никаких последствий (ни неврологических, ни психологических) после того, как им в 1940-х годах в Рочестерском университете рассекли мозолистое тело (такая операция называется комиссуротомией), чтобы вылечить стойкую эпилепсию{74}74
  Akelaitis A. J. (1945) Studies on the corpus callosum: IV. Diagnostic dyspraxia in epileptics following partial and complete section of the corpus callosum. American Journal of Psychiatry. 101: 594^–599.


[Закрыть]. После операции все пациенты чувствовали себя прекрасно и сами не замечали никаких изменений. Карл Лешли ухватился за эти данные, чтобы продвинуть свои идеи о действии массы и эквипотенциальности коры мозга. Он утверждал, что отдельные нейронные сети неважны – имеет значение только общая масса коры. По его мнению, мозолистое тело нужно просто для того, чтобы удерживать полушария вместе.

Перед последним курсом обучения в Дартмутском колледже я устроился работать на лето в лабораторию Роджера Сперри в Калифорнийском технологическом институте, потому что интересовался исследованиями регенерации нервов, о которых мы говорили в прошлой главе. Однако тогда лаборатория уже сосредоточилась на мозолистом теле, так что я провел лето в попытках анестезировать половину мозга кролика и решил, что такая жизнь – посвященная занятиям фундаментальными исследованиями – по мне. Меня завораживал вопрос о том, что происходит с людьми после рассечения мозолистого тела. Поскольку в лаборатории выявляли существенные изменения в работе мозга кошек и обезьян, в том числе шимпанзе, после такой операции, я был уверен, что должны быть какие-то последствия и у людей. В мой последний учебный год я задумал во время весенних каникул заново обследовать тех пациентов, которых Эндрю Акелайтис наблюдал в Рочестерском университете, и разработал для этого новый метод. Вооруженный моим первым грантом в размере 200 долларов от Фонда Хичкока при Дартмутской медицинской школе, который покрывал расходы на прокат машины и комнату в отеле, я отправился в Рочестер. Мой арендованный автомобиль был забит тахистоскопами (устройствами докомпьютерной эпохи, демонстрирующими на экране изображения в течение определенного промежутка времени) для проведения исследования, позаимствованными в дартмутском отделении психологии. Однако, когда я уже готовился начать работу, тестирование отменили, так что я уехал разочарованный и с пустыми руками. Тем не менее мое любопытство не ослабло, я твердо решил вернуться в оживленную атмосферу Калифорнийского технологического института и пойти в аспирантуру, что и осуществил следующим летом.

В начале последипломной работы мне подвернулась новая возможность. Нейрохирурги Джозеф Боген и Филип Вогель из Мемориальной больницы Уайта в Лос-Анджелесе наблюдали одного пациента, которому, как считал Боген после критического анализа медицинской литературы, пошла бы на пользу операция по расщеплению мозга. Пациент дал свое согласие. Предыдущие десять лет у этого крепкого и обаятельного мужчины (назовем его WJ) случалось по два больших эпилептических припадка в неделю, причем после каждого ему требовался день на восстановление. Нечего и говорить, как это чудовищно влияло на его жизнь, так что он сразу отважился на рискованную операцию. Я уже располагал методиками тестирования, которые разработал в Дартмутском колледже, и мне поручили провести обследование WJ до и после хирургического вмешательства{75}75
  См.: Gazzaniga M. S. et al. (1962) Some functional effects of sectioning the cerebral commissures in man. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 48 (10): 1765-1769; Gazzaniga M. S. et al. (1963) Laterality effects in somesthesis following cerebral commissurotomy in man. Neuropsychologia. 1: 209-215; Gazzaniga M. S. et al. (1965) Observations on visual perception after disconnection of the cerebral hemispheres in man. Brain. 88: 221-236; а также Gazzaniga M. S., Sperry R. W. (1967) Language after section of the cerebral commissures. Brain. 90: 131-348.


[Закрыть]. Операция прошла крайне успешно. Пациент был потрясен тем, что не чувствует никаких изменений в себе, а его большие эпилептические припадки полностью прекратились. Я тоже был взбудоражен тем, что обнаружил относительно работы мозга WJ, и поражен результатами этого пациента (и потом еще других, кто с тех пор последовал за ним).

Операцию по рассечению мозолистого тела проводили в тех случаях, когда уже были опробованы все другие методы лечения стойкой эпилепсии. Уильям ван Вагенен, нейрохирург из Рочестера, штат Нью-Йорк, выполнил первую такую операцию в 1940 году, заметив, что одному его пациенту, страдавшему тяжелыми припадками, стало значительно лучше после того, как его мозолистое тело поразила опухоль{76}76
  Van Wagenen W. P., Herren R. Y. (1940) Surgical division of commissural pathways in the corpus callosum: relation to spread of an epileptic attack. Archives of Neurology and Psychiatry. 44 (4): 740-759.


[Закрыть]. Врачи решили, что электрические импульсы, вызывающие приступы, не могут распространяться с одной стороны мозга на другую, когда соединение между двумя полушариями разрезается, – и это предотвращает генерализованную судорогу. И все же разделение мозга пополам – серьезное дело. Возможные побочные эффекты такой операции вызывали у всех огромные опасения. Не появится ли в результате расщепленная личность с удвоенным мозгом в одной голове?

Однако процедура оказалась очень удачной. Судорожная активность пациентов снижалась в среднем на 60-70 %, некоторые полностью избавлялись от припадков, и при этом все чувствовали себя прекрасно – никаких расщепленных личностей, никакого расколотого сознания{77}77
  Akelaitis A. J. (1941) Studies on the corpus callosum: II. The higher visual functions in each homonymous field following complete section of the corpus callosum. Archives of Neurology and Psychiatry. 45 (5): 788-796.


[Закрыть]. Большинство пациентов совершенно не осознавали никаких изменений в своих психических процессах и выглядели абсолютно нормально. В общем, все было прекрасно, что тем не менее озадачивало.

Операция по полному разделению полушарий включает в себя рассечение двух нервных трактов, связывающих половины мозга: переднюю комиссуру и мозолистое тело. Однако при этом не все связи между полушариями разрываются. Оба все еще соединяются с общим мозговым стволом, который поддерживает у них одинаковый уровень возбуждения, чтобы для удобства они спали и бодрствовали в одно и то же время{78}78
  Sperry R. (1984) Consciousness, personal identity and the divided brain. Neuropsychologia. 22 (6): 661-673.


[Закрыть]. Подкорковые нервные пути остаются в неизменном виде, и оба полушария получают значительную часть одинаковой сенсорной информации от нервов тела, связанных с пятью органами чувств, и кинестетической (или проприоцептивной[12]12
  Информация, поступающая от проприоцепторов – специальных рецепторов, которые воспринимают раздражения в тканях тела, связанные с его движением и мышечной активностью. – Прим. ред.


[Закрыть]) информации о положении тела в пространстве от афферентных нервов в мышцах, суставах и сухожилиях. В то время мы не знали, что оба полушария могут инициировать движения глаз и что существует, по всей видимости, только одна интегрированная система пространственного внимания (совокупность процессов, которые позволяют выделить определенные стимулы на фоне всех остальных), остающаяся единой после расщепления мозга. Поэтому-то внимание не может распространяться одновременно на две пространственно разделенные точки{79}79
  Kutas M. et al. (1990) Late positive event-related potentials after commissural section in humans. Journal of Cognitive Neuroscience. 2 (3): 258-271.


[Закрыть]. Хотя большинство современных водителей вполне уверены, что на это способны, к сожалению, правая половина мозга не может следить за дорогой, в то время как левая читает сообщения на мобильном телефоне. С тех пор мы также узнали, что эмоциональные стимулы, предъявляемые одному полушарию, все равно влияют на суждения второго. Но с самого начала, благодаря исследованиям Дакса и Брока, мы знали, что речевые зоны у человека расположены в левом полушарии (исключение – некоторые случаи у левшей).

При обследовании до операции WJ мог назвать объекты, предъявленные в поле зрения каждого глаза или помещенные в любую из его рук, а также понять команду и выполнить ее любой рукой. Иными словами, все было в пределах нормы. Когда он вернулся на обследование после операции, то чувствовал себя прекрасно и, подобно пациентам из Рочестера, не отмечал в себе никаких изменений, кроме отсутствия припадков. Я разработал методику тестирования, которая, в отличие от использованной Акелайтисом, учитывала строение зрительной системы человека. У людей зрительные нервы от каждого глаза встречаются в так называемом зрительном перекресте (или хиазме). Там каждый нерв разделяется на два. Половина нервных волокон, расположенная ближе к середине тела (внутренняя), после хиазмы продолжается в противоположную часть мозга, а наружная (внешняя) половина остается на той же стороне мозга. Таким образом, части обоих глаз, собирающие информацию от правого поля зрения, передают ее левому полушарию, а информация от левого поля зрения идет в правое полушарие и там обрабатывается. В экспериментах на животных зрительная информация не переходит из одного отделенного полушария в другое. Только правая часть мозга имеет доступ к информации, поступающей от левого поля зрения, и наоборот. Такое устройство зрительной системы позволяет подавать информацию только одной половине мозга животного.

Итак, наступил день первого обследования WJ после операции. Что же мы обнаружим? Поначалу все происходило в соответствии с нашими ожиданиями: поскольку центр речи у пациента находится в левом полушарии, он сможет назвать объекты, которые оно видит. И действительно – он с легкостью называл объекты, предъявленные его левому полушарию. Так, когда мы быстро показывали изображение ложки, находившееся в его правом поле зрения, и спрашивали: “Вы что-нибудь видели?” – он сразу отвечал: “Ложку”. А затем последовало контрольное испытание: что случится, когда объект предъявят правому полушарию (из левого поля зрения)? Исследования Акелайтиса предполагали, что мозолистое тело не играет особенной роли в межполушарной интеграции информации. Следовательно, можно было ожидать, что WJ без труда назовет предмет. Однако эксперименты на животных, проводимые в Калифорнийском технологическом институте, говорили об обратном – на что я и делал ставку. Итак, мы быстро показали изображение правому полушарию WJ, и я спросил: “Вы что-нибудь видели?”

Если вы не занимаетесь научными исследованиями, то, должно быть, лучше прочувствуете наэлектризованность этого момента, если представите себе вращающееся колесо рулетки. Все свои сбережения за несколько лет вы поставили на красное. Вы надеетесь, что шарик остановится на красном, и тревога ожидания растет, когда колесо начинает замедляться, с вашими средствами к существованию и часами работы на кону. Так и я надеялся, что дизайн моего эксперимента выявит нечто еще неизвестное, и моя тревога резко выросла, когда настало время предъявить изображение правому полушарию WJ. Что произойдет? Адреналин перекачивался по моему телу, сердце скакало, как футбольный мяч в Дартмуте, когда тренером был Боб Блэкмен. Хотя сейчас этими открытиями уже никого не удивишь (они стали просто поводом для беседы за коктейлем), невозможно описать мое изумление, когда WJ сказал: “Нет, я ничего не видел”. Мало того что он не мог больше словесно описать, используя свое левое полушарие, предмет, представленный только что отделенному правому полушарию, он не знал, что изображение вообще показывали. Эксперимент, который я спланировал как студент старших курсов и смог поставить как аспирант, обернулся ошеломляющим открытием! Вряд ли Христофор Колумб чувствовал себя более взволнованным, когда обнаружил новую землю, чем я в тот момент.

Сначала казалось, что пациент просто слеп к стимулам, которые возникают в его левом поле зрения. Однако дальнейшее исследование показало, что это не так. Я припрятал еще один козырь в рукаве, чтобы вычислить, получает ли правое полушарие какую-либо визуальную информацию. Хотя оба полушария могут управлять близкими к ним мышцами лица и плеч, удаленные от них мышцы кистей рук контролируются разными полушариями. Так, левая часть мозга управляет правой кистью, а правая – левой кистью{80}80
  Gazzaniga M. S. et al. (1967) Dyspraxia following division of the cerebral commissures. Archives of Neurology. 16 (6): 606-612.


[Закрыть]. Если человек не видит своих рук, то левый мозг понятия не имеет, чем занимается правая кисть, и наоборот. Я спланировал эксперимент, в котором WJ, до того как дать словесный ответ (контролируемый левым полушарием), мог отреагировать на увиденный стимул левой рукой (контролируемой правым), используя кодовую таблицу азбуки Морзе. Я адресовал вспышку света его правому полушарию – и в ответ он нажал на клавишу левой рукой, но заявил, что ничего не видел! Его правое полушарие не потеряло способность воспринимать зрительные стимулы, оно прекрасно видело вспышку и смогло сообщить об этом с помощью азбуки Морзе. Единственной причиной, по которой WJ отрицал, что видел вспышку, могло быть только то, что передача информации между двумя полушариями была полностью прервана!

Оказалось, что любая зрительная, осязательная, проприоцептивная, слуховая или обонятельная информация, которая предъявлялась одному полушарию, обрабатывалась только в нем, а другая половина мозга об этом совершенно ничего не знала. Левая половина не представляла, над чем работает правая, и наоборот. Я обнаружил, что у пациента с расщепленным мозгом левое полушарие и его речевой центр не имеют доступа к информации, которая предъявляется правой половине мозга. Нам представилась совершенно уникальная новая возможность – изучать способности одного полушария, отделенного от другого, а не просто нарушение функций в результате повреждения.

В более поздних экспериментах с другими пациентами мы помещали различные предметы в пределах досягаемости левой кисти, но загораживали их от взгляда. Изображение одного из предметов предъявляли правому полушарию. Левая рука пациента могла ощупывать предметы и выбирала именно тот, который показывали. Но когда пациента спрашивали, видел ли он что-нибудь, или что у него в левой руке, он отрицал, что видел картинку, и не мог описать, что держал в левой руке. Или мы посылали изображение велосипеда правому полушарию и спрашивали пациента, видел ли он что-нибудь. Опять-таки он отвечал отрицательно, но его левая рука рисовала велосипед.

Вскоре стало очевидно, что правое полушарие лучше выполняет зрительно-пространственные задачи. Левая рука, контролируемая правым полушарием, без труда могла сложить цветные кубики так, чтобы воспроизвести их порядок с картинки, предъявленной правому полушарию, а вот правая рука, когда изображение показывали левому полушарию, решала подобную задачу целую вечность. Одному пациенту даже пришлось сесть на свою левую руку, чтобы не дать ей подняться и попробовать выполнить задание. Левая рука могла копировать и рисовать объемные картинки, тогда как правая, та самая, которая запросто может написать текст, была не в состоянии нарисовать куб. Оказалось, правое полушарие специализируется на решении таких задач, как узнавание правильных (не перевернутых) лиц, концентрация внимания и различение сенсорных сигналов. Левое полушарие связано с интеллектом. Оно специализируется на языке, речи и разумном поведении. После комиссуротомии вербальный коэффициент интеллекта пациента не меняется{81}81
  См.: Nass R. D., Gazzaniga M. S. (1987) Cerebral lateralization and specialization in human central nervous system. In: Plum F. (ed.) Handbook of physiology (Sec. 1, V. 5, P. 701761). Bethesda, MD: American Physiological Society; а также Zaidel E. (1990) Language functions in the two hemispheres following cerebral commissurotomy and hemispherectomy. In: Boller F., Grafman J. (eds.) Handbook of neuropsychology (V. 4, P. 115–150). Amsterdam: Elsevier.


[Закрыть], как и его способность решать задачи. Могут наблюдаться некоторые нарушения свободного припоминания и других показателей работоспособности, однако изоляция, по существу, половины коры головного мозга от доминантного левого полушария не вызывает никаких серьезных изменений, связанных с когнитивными функциями. Возможности левого полушария остаются такими же, как и до операции, при этом в значительной степени отделенное от него, равное по объему правое полушарие серьезно сдает в решении когнитивных задач. Становилось ясно, что правое полушарие живет своей собственной богатой психической жизнью, совершенно иной, нежели левое.

Благодаря изучению неврологических пациентов мы уже знали, что у мозга есть два совершенно разных нейронных пути для порождения спонтанных и произвольных лицевых выражений. Только доминантное левое полушарие может управлять произвольной мимикой{82}82
  Gazzaniga M. S., Smylie C. S. (1990) Hemispheric mechanisms controlling voluntary and spontaneous facial expressions. Journal of Cognitive Neuroscience. 2 (3): 239-245.


[Закрыть]. При определенных поражениях правого полушария, которые нарушают коммуникацию между половинами мозга, пациенты, когда их просят улыбнуться, делают это только правой стороной лица, а левая остается неподвижной[13]13
  Левое полушарие преимущественно контролирует лицевые мышцы с правой стороны, а правое полушарие – с левой.


[Закрыть].

Однако, если тем же пациентам рассказывают шутку и они улыбаются спонтанно, их лицевые мышцы реагируют нормально, двусторонне, потому что задействуется другой путь, который не требует “общения” между полушариями. С точностью до наоборот все происходит при болезни Паркинсона, когда повреждена экстрапирамидная система – часть моторной системы, связанная с координацией движений. Такие пациенты не могут придавать своему лицу спонтанные выражения, но сознательно контролируют лицевые мышцы. В экспериментах с расщепленным мозгом мы полагали, что, если дать команду левому полушарию пациента, на нее раньше отреагирует правая половина лица. Именно это и происходило. Когда левое полушарие пациента с расщепленным мозгом видит команду улыбнуться или нахмуриться, правая сторона лица реагирует примерно на 180 миллисекунд раньше левой. Задержка объясняется тем, что правому полушарию нужно получить соматическую обратную связь через подкорковые пути.

Все эти открытия привели к представлению о множестве специализаций, рассредоточенных по мозгу. Однако из результатов наших исследований напрашивался еще один вывод: раз каждое полушарие может обладать информацией вне сферы осознания другого, значит, хирургическая операция по расщеплению мозга способна создать состояние раздвоенного сознания.