Текст книги "Запутанный мозг. Путеводитель по нейропсихологии"

Воспринимаемые ухом вибрации настолько слабы, что их необходимо усилить, прежде чем превратить в доступные для мозга сигналы. Это осуществляется с помощью небольших косточек в среднем ухе, носящих названия молоточек, наковальня и стремя (рисунок 4.2). Звуковые волны улавливаются ушной раковиной и фокусируются на барабанной перепонке. Под воздействием колебаний перепонка начинает вибрировать, подобно барабану. Вибрации передаются на молоточек, который немного их усиливает, после чего передает их на наковальню, где они еще более усиливаются. Наконец, они поступают на стремя (или стремечко), которое снова их усиливает. К этому времени вибрации усиливаются настолько, что становятся вполне различимы и распознаваемы. Итак, они добираются до стремени, которое соединено с мембраной, называемой овальным окном. Овальное окно передает их на внутреннее ухо, заполненное жидкостью – так называемой перилимфой. Жидкость, в отличие от воздуха, создает гораздо более сильное давление, поэтому под ней находится еще одна мембрана, называемая круглым окном. Круглое окно перемещается из стороны в сторону, компенсируя давление, создаваемое овальным окном.

Таким образом, назначение ушей – улавливать звуковые волны и усиливать их. Но мозг, как нам уже известно, действует посредством электрических импульсов, а не давления, поэтому следующий этап – это трансдукция, т. е. преобразование звуковых волн в электрические импульсы, которые могут быть восприняты мозгом. Именно этот процесс осуществляет улитка во внутреннем ухе. На рисунке 4.3 видно, что улитка имеет несколько отделов. Вибрации овального окна давят на жидкость, заставляя, в свою очередь, вибрировать мембрану внутреннего уха. Волосковые клетки на одной из ушных мембран – базилярной – реагируют на эти вибрации, создавая электрические импульсы.

Рисунок 4.2. Строение уха

Рисунок 4.3. Строение улитки внутреннего уха

Правда, не все волосковые клетки реагируют одинаковым образом. Если волосковые клетки на одном конце базилярной мембраны более чувствительны к высокочастотным вибрациям (тому, что мы называем высокими звуками), то клетки на другом ее конце более чувствительны к низким частотам, а клетки между ними, т. е. посередине, реагируют на частоты среднего диапазона. Отсюда следует, что воспринимаемый нами звук может стимулировать самые разные волосковые клетки – и те будут генерировать электрические импульсы в зависимости от того, какой это звук. Волосковые клетки связаны с нейронами, у которых очень длинные аксоны. Эти аксоны соединяются и образуют слуховой нерв, и именно слуховой нерв передает информацию головному мозгу – на сей раз в виде электрических сигналов.

Как и в случае со зрением, бо́льшая часть входящей информации сортируется, прежде чем она в виде сигналов попадает в слуховую кору – ту часть мозга, где услышанное нами осознается. Первую точку синапса слуховой нерв имеет в таламусе, в группе клеток, называемых медиальным коленчатым телом. Отсюда информация передается группе клеток, расположенных на боковой стороне стволового мозга и носящих название кохлеарного ядра. Именно здесь и происходит идентификация звуковых частот. И если верхние части кохлеарного ядра воспринимают информацию о высокочастотных звуках, то нижние – о низкочастотных. Соответственно, звуки среднего диапазона стимулируют промежуточные клетки между ними.

Одни звуки действуют на нас успокаивающе, и это, как правило, звуки среднего диапазона частот; другие же тревожат и действуют на нервы. Например, на пронзительный крик – очень высокий звук – мы реагируем гораздо сильнее, чем на шумы в среднем диапазоне. И это же касается низкочастотных звуков: вспомните хотя бы рычание льва или «акулью» тему в фильме «Челюсти». Это говорит о том, что наша способность отличать высокочастотные звуки от низкочастотных необходима для выживания – вот почему это распознавание происходит на первом этапе обработки звуков в мозге.

Всегда быть настороже в преддверии потенциальной опасности – очень полезное качество, но нам, кроме того, для полного счастья необходимо знать, откуда исходит звук. Поэтому некоторые нервные волокна кохлеарного ядра протягиваются до варолиева моста, который и помогает нам определить, где находится источник звука. В частности, волокна достигают той части варолиева моста, которая называется трапециевидным телом. Это почти такая же точка пересечения для волокон слухового нерва, как зрительная хиазма – для наших глаз. По принципу зрительной хиазмы половина нервных волокон передает звуковую информацию в другое полушарие мозга, а половина оставляет ее на той же стороне. Благодаря этому мозг может сравнивать малейшие расхождения в звуках, поступающих в каждое ухо, что позволяет нам понять, откуда же исходит звук.

Следующая остановка в этом путешествии по слуховому тракту – варолиев мост, точнее, та его часть, которая называется верхним оливарным комплексом, или просто верхней оливой. Здесь информация сортируется еще тщательнее, и мы, наконец, начинаем постигать часть того информационного богатства, которое воспринимаем на слух. Одна сторона верхней оливы обрабатывает звуки, определяя их громкость, т. е. часть клеток реагирует на вибрации с высокой амплитудой, а другая часть – на тихие звуки. Вторая сторона верхней оливы отвечает за синхронизацию, т. е. одни клетки реагируют на быстро повторяющиеся звуки, а другие – на одиночные ноты или призывы. Как только слуховая информация проходит сортировку по этим основным характеристикам, она поступает в большой мозг, в слуховую кору сбоку от височной доли. Здесь-то и происходит процесс смысловой обработки воспринятых звуков (рисунок 4.4). Но это не единственный канал связи: звуковая информация имеет и многие другие каналы связи, соединяющие ее с другими частями мозга, однако описанный выше маршрут является главным проводящим путем.

Рисунок 4.4. Зоны мозга, отвечающие за обработку слуховой информации

Процесс осмысления звуков

Сигналы, дошедшие до звуковой коры по описанному выше информационному маршруту, содержат сведения о высоте звуков, их громкости и синхронизации, а также о местонахождении источника, что позволяет понять услышанное. Задача звуковой коры и других зон мозга, непосредственно связанных с ней, – осмыслить эти звуки, или придать им смысл. Высота звуков, как мы убедились, невероятно важна для их интерпретации, поэтому центральная часть первичной звуковой коры обрабатывает низкие звуки, а прочие зоны обрабатывают более высокие звуки. Это позволяет составить так называемую тонотопическую карту, т. е. обозначить различные места или области мозга, реагирующие на звуки различной тональности. Вся остальная информация помогает нам извлечь смысл из этих звуков.

В строении слуховой коры (рисунок 4.5) можно выделить три основные зоны:

• центральную (или сердцевину);

• поясную;

• парапоясную.

Рисунок 4.5. Слуховая кора

Сердцевина, или центральная зона, – первичная зрительная кора, реагирующая на специфические свойства звуков. Она состоит из особых нейронов, реагирующих на смешанные частоты. Эти нейроны взаимодействуют с теми нейронами, которые, в свою очередь, реагируют на отдельные частоты. Затем нейроны центральной зоны передают информацию другим нейронам. Например, одни клетки на голоса реагируют более активно, чем на чистые звуки; другие же реагируют на частотные изменения, но не на сами частоты; а третьи мгновенно активируются в ответ на специфические частоты, но отключаются и становятся пассивными, когда на них воздействуют сходные, но не идентичные частоты. Все они чем-то напоминают простые, сложные и гиперсложные клетки зрительной коры, хотя не следует забывать, что реагируют они на качества сложных звуков, а не на визуальные формы.

Поясная зона, как можно судить по названию, опоясывает, т. е. окружает сердцевину, и две ее части – передняя и задняя – выполняют две различные функции. Передняя часть шифрует содержание звуков и передает эту информацию лобной и теменной долям больших полушарий головного мозга. Задняя часть поясного региона, называемая на латыни planum temporale (треугольная область, расположенная на верхней височной извилине), определяет, откуда доносится звук. Она сопоставляет информацию, полученную от трапезоидного тела, с информацией, принимаемой ушной раковиной благодаря ее характерной форме. Таким образом, нейронная обработка, происходящая в поясной зоне, помогает нам понять, что именно мы слышим и откуда исходит звук.

Поясная зона слуховой коры переходит во внешнюю зону, парапоясную, отвечающую за более сложные функции слуха. Она позволяет, например, распознавать и интерпретировать речь, но об этом мы поговорим чуть позже. Она же выполняет и другие функции: отвечает за работу слуховой памяти, т. е. за мгновенное запоминание звуков и их хранение все то время, пока вы о них думаете; за связь и соединение слуховой и зрительной информации; а также за создание и поддержание связей с нашими воспоминаниями о звуках.

Если первичная слуховая кора повреждена только с одной стороны мозга, это выражается в частичном ухудшении слуха, т. е. мы слышим не совсем хорошо и с трудом локализуем звуки. Если же она повреждена с двух сторон, наступает полная глухота. Эта глухота вызвана не тем, что мы перестаем различать звуки, а тем обстоятельством, что мозг не может их распознать и осмыслить. Как говорилось выше, звуковая информация, до того как она достигает слуховой коры, уже до известной степени обрабатывается, так что люди, страдающие глухотой, могут эмоционально или рефлексивно реагировать на звуки. Возможно, они еще смогут испуганно отреагировать на внезапный громкий звук, например, или на эмоционально будоражащие громкие крики, но зато они не смогут описать словами то, на что они среагировали; как и в случае слепозрения, они переживают само чувство, но не воспринимают стимул или раздражитель.

Зрительная кора обладает множеством связей, однако с другими частями мозга ее связывают два основных маршрута. Один из них – его иногда называют «что» – трактом, а чаще вентральным трактом – предназначен для идентификации звуков. На этом пути мы распознаем, что именно мы слышим. Он тянется вдоль нижней части слуховой коры и передней (антериорной) части височной доли. Другой иногда называют «где» – трактом, а чаще дорсальным трактом. Он отвечает за локализацию звуков и за поиск источника. Этот маршрут, или тракт, тянется вдоль верхней, или дорсальной, стороны зрительной коры – отсюда его название. Этот нейронный проводящий путь связан с теми частями теменной доли, которые отвечают за моторику, и с лобной корой, т. е. он подготавливает, среди многих прочих вещей, наши движения. Разумеется, оба эти маршрута абсолютно равнозначны с точки зрения той помощи, которую они оказывают особи в борьбе за выживание. Но слух этим вовсе не ограничивается: с ним связаны и более специфические свойства и явления, которые мы с вами рассмотрим далее.

Восприятие речи на слух

Только в XIX веке ученые наконец осознали, что левое полушарие мозга наиболее важно в отношении языковых и речевых функций. Однако и правое полушарие полностью исключать из этого ряда нельзя, ибо оно, как мы знаем, тоже осуществляет некоторые элементарные речевые функции. Более того, как уже говорилось в главе 2, ряд опытов с людьми, у которых было полностью удалено левое полушарие, показал, что у них удивительным образом восстановились речевые функции – не только разговорная речь, но и память: они вспоминали слова песен и даже целые истории. Так что внешне простая картина (левое полушарие мозга отвечает за речь, а правое – за музыку) не так уж и проста, да и никогда такой не была (о том, как мы обрабатываем речь и пользуемся ею, мы поговорим более подробно в главе 10).

Обращали ли вы внимание на то, как легко отличить звук голоса от всех прочих звуков? Причем мы отличаем звук голоса от прочих звуков, даже когда не разбираем слов. Частично это обусловлено привычкой: мы, как правило, с рождения привыкаем к звукам речи (фонемам), используемым в родном языке. Но у разных языков разные фонемы, поэтому мы не всегда можем распознать отдельные звуки и сказать, частью какого языка они являются. Но когда мы слышим саму речь, мы распознаем ее без труда (даже если она содержит незнакомые фонемы), поскольку мы как члены одной человеческой семьи сроднились с типичными для нее синхронно-ритмическими комбинациями и закономерностями, характерными для человеческой речи. Всякий, кому доводилось наблюдать за тем, как маленький ребенок учится говорить и произносить слова, знает, что, не будучи в силах правильно выговорить слова и коверкая звуки, ребенок тем не менее правильно воспроизводит спектр речевых сигналов и их ритмичность.

Но в процессе обработки звуков наступает момент, когда мы делаем различие между звуками речи и другими звуками. Исследования, проведенные с помощью фМРТ, показывают, что на речевой шум и другие шумы обе стороны первичной слуховой коры реагируют одинаково, а разделение между ними начинается на «что» – тракте. Звуки речи вызывают в левой височной доле более сильную нейронную активность, чем в правой, поскольку последняя активно реагирует лишь на высокие, в частности музыкальные, звуки, а точнее – на изменения в них. В действительности в ответ на те и другие звуки наблюдается активация обоих полушарий, но то полушарие, которое не несет за них прямую ответственность, активируется не так сильно.

Когда «что» – тракте выходит за пределы первичной слуховой коры, он снова разветвляется. Одна ветвь тянется через фронтальную часть височных долей, соединяясь с зоной распознавания речи, расположенной ниже первичной слуховой коры, и простирается вплоть до лобных долей. На этом пути она проходит через зону, которая отвечает за запоминание слов и их осмысление, а также через зону, отвечающую за планирование речи. Вторая же ветвь тянется вплоть до тыльной части височных долей, соединяясь с областями мозга, связанными со зрительной системой, в частности с зоной, интерпретирующей жесты, а также с тем участком, который отвечает за чтение. Таким образом, пока обе ветви заняты распознаванием того, что представляют собой сигналы (а не тем, откуда они исходят), первая ветвь разбирается с механикой речи (что она собой представляет), а вторая – с ее смыслом. Вместе обе они дают нам возможность понять, что говорят люди, когда мы их видим и слышим.

Восприятие музыки на слух

Осмысление услышанного непосредственно связано как с синхронизацией звуков, так и с самими звуками. Это становится особенно очевидным, когда мы начинаем отслеживать свою реакцию на музыку. Первая реклама граммофона, датируемая началом ХХ века, описывает это устройство так: «Музыкальный инструмент, на котором может сыграть каждый». В современной жизни, в какую сферу деятельности ни окунись, нас повсюду окружает и сопровождает музыка, так что мы порой совершенно забываем о том, что это сравнительно недавнее изобретение. До тех пор пока легко, доступные записи популярной музыки не были широко внедрены в повседневную жизнь, большинство людей довольно редко соприкасались с музыкой, ибо их возможности в этом отношении были весьма и весьма ограниченными. Пока они не обзавелись описанным инструментом и не научились пользоваться им, их встречи с музыкой были достаточно редкими и нерегулярными: на ярмарках, уличных концертах или им подобных общественных мероприятиях.

Музыка всегда была важной частью человеческого общества, и наша реакция на нее всегда была и остается очень эмоциональной. Помните, Мег Брук, одна из героинь романа Луизы Мэй Олкотт «Маленькие женщины» (1869), устав от домашних забот и желая развлечься, спрашивает своего мужа, не сходить ли им на концерт под названием «Мне нужно немного музыки, чтобы настроиться на новый лад», показывая тем самым, что музыка способна успокаивать, утешать и даровать отдохновение. И она же, разумеется, может производить и совершенно противоположный эффект, что прекрасно известно композиторам, сочиняющим музыку к фильмам. Но об эмоциональном воздействии музыки мы поговорим подробнее в главе 8. Здесь же отметим, что мы все так или иначе ценим музыку и воздаем ей должное. Даже маленьким детям доставляет удовольствие слушать музыку, поэтому некоторые ученые считают, что восприятие музыки столь же органично для человеческого мозга, как и способность к языку и речи.

Музыку можно рассматривать как символ времени. Наше зрение чувствительно к световым символам, и наш слух тоже чувствителен к символам, но, поскольку звук недолговечен, мы воспринимаем символы в виде нот, которые соединяются и следуют одна за другой, воплощаясь в звуках. Как мы уже знаем, слуховая система гораздо более чувствительна к синхронизации, нежели зрительная, а синхронизация – неотъемлемая часть музыки. Судя по последствиям повреждений в специфических зонах мозга, полученных людьми, можно сказать, что правое полушарие больше занимается обработкой информации о высоте звуков, тогда как левое полушарие занимается обработкой информации об их синхронности и ритмичности. Вопреки расхожему мнению оба полушария мозга в равной мере вовлечены в процесс восприятия музыки, но фокусируются они на разных ее аспектах. В общем и целом давно признано, что музыка производит универсальный положительный эффект, поскольку она стимулирует область всего мозга, а не одну или две его части.

Не сомневаюсь, что на основе всего сказанного выше вы уже поняли: процесс обработки музыки – очень сложное дело. Изучение томографий мозга людей, слушающих музыку, свидетельствует о повышенной активности в слуховой, двигательной и лимбической системах. Если говорить упрощенно, в самых общих чертах, то слуховая система обрабатывает мелодии, двигательная заведует синхронностью и ритмичностью (хотя, как нам уже известно, этим же занимается и слуховая система), а лимбическая реагирует на эмоциональные нюансы музыки. Между прочим, как показали результаты исследований, независимо от того, какую именно музыку слушали люди, популярную или классическую, результат воздействия был сходным. Музыка также улучшает функционирование всего мозга: опыты с пожилыми людьми показали, что под влиянием музыки у них ускоряется процесс нейронной обработки и улучшается память на события.

Случай из практики: повреждение височной доли

Этот случай показывает, что процесс обработки музыки осуществляется в височных долях головного мозга. Женщина, у которой в результате несчастного случая оказались повреждены обе височные доли, перестала различать тона, в том числе даже те, к которым привыкла чуть ли не с детства. При этом она могла определять тембр голосов, по-разному реагируя на звуки различной высоты, и даже могла распознавать голоса и другие звуки в привычном для нее окружении. Но когда дело доходило до тонов, она просто не могла их распознать, хотя наслаждалась ими, пока они звучали. Оказалось, что всему виной ее музыкальная память: была нарушена и повреждена именно память, а не способность слушать музыку, хотя во всех прочих отношениях ее память оставалась неизменной.

Как и язык, музыка в различных культурах облекается в разные формы, хотя при этом неизменно опирается на определенный набор дискретных тональных уровней – то, что мы воспринимаем по отдельности как ноты. Диапазон волн различной длины между ними рассматривается как «неправомерный» и не соответствующий канонам музыки. Музыкальные тона обычно объединены в октавы, но то, что мы считаем октавой, может варьироваться от одной музыкальной гаммы к другой. В западной музыке, например, обычно используется гептатоника – звуковая система, содержащая семь ступеней (нот) в пределах октавы. Но эта универсальная гамма не единственная в своем роде: в древних кельтских и гэльских мелодиях, например, так же как и в азиатской музыке, часто используется пентатоника, т. е. пятиступенный звукоряд, а некоторая внешне кажущаяся «примитивной» (хотя на деле она очень сложная) музыка иногда основывается на четырех– (тетрахорде) или даже трехступенном звукоряде (трихорде).

Наличие всех этих звукорядов далеко не случайно. Порядок группировки или выстраивания нот основан на свойствах звука, обрабатываемого в слуховой системе. Некоторые комбинации воспринимаются как «правильные»; некоторые ноты, казалось бы, сами естественным образом следуют одна за другой, и эти впечатления рождаются не откуда-нибудь, а из сочетания акустических свойств звука и культурного багажа самого индивидуума. Нельзя сказать, что мы вообще не воспринимаем частоты между нотами: как мы уже знаем, восприятие речи подразумевает распознавание тончайших нюансов тонов, не сводящихся лишь к тем тонам, которые являются частью музыкального звукоряда. Дело в том, что именно нам они кажутся не совсем «уместными», поэтому-то они и звучат неуместно в контексте музыки.

Амузи́я – это неспособность к психической обработке, а стало быть, и точному воспроизведению музыки. Причиной этого может стать травма или болезнь мозга, хотя в жизни встречается немало людей и с врожденной амузией; это люди, так сказать, «глухие к звукам», люди, не способные спеть песню или сыграть музыкальную пьесу, попадая точно в тональность. При этом они могут спокойно различать частоты, поскольку не лишены способности копировать изменения высоты звуков в речи. Люди с амузией более чувствительны к тону речи, чем к музыке. «Тональная глухота» непосредственно связана с плотностью серого вещества в правом полушарии мозга, окружающего слуховую кору, и никак не соотносится с какими-то другими известными нам изъянами мозга. Действительно, исследования пластичности мозга показывают, что от количества серого вещества зависит уровень отображения наработанного нами опыта. Содержание меньшего количества серого вещества в этих участках мозга может быть обусловлено тем, что эти люди в своей жизни были очень мало связаны с музыкой или вообще никак с ней не связаны. Другими словами, это может быть результатом, а не причиной амузии. Но исследования в данной области продолжаются, и наши знания по этому предмету с годами непременно будут пополняться.