ЧТО ЗНАЕТ НАУКА О МОЗГЕ
Два прорыва в исследованиях мозга человека
Реально первый прорыв в познании мозга человека был связан с применением метода долгосрочных и краткосрочных имплантированных электродов для диагностики и лечения больных. В то же время ученые начали понимать, как работает отдельный нейрон , как происходит передача информации от нейрон а к нейрон у и по нерву. В нашей стране первыми в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стали работать академик Н. П. Бехтерева и ее сотрудники.
Так были получены данные о жизни отдельных зон мозга, о соотношении его важнейших разделов - коры и подкорки и многие другие. Однако мозг состоит из десятков миллиардов нейрон ов, а с помощью электродов можно наблюдать лишь за десятками, да и то в поле зрения исследователей часто попадают не те клетки, которые нужны для исследования, а те, что оказались рядом с лечебным электродом.
Тем временем в мире совершалась техническая революция. Новые вычислительные возможности позволили вывести на новый уровень исследование высших функций мозга с помощью электроэнцефалографии и вызванных потенциал ов. Возникли и новые методы, позволяющие "заглянуть внутрь" мозга: магнитоэнцефалография, функциональная магниторезонансная томография и позитронно-эмиссионная томография. Все это создало фундамент для нового прорыва. Он действительно произошел в середине восьмидесятых годов.
В это время научный интерес и возможность его удовлетворения совпали. Видимо, поэтому Конгресс США объявил девяностые годы десятилетием изучения человеческого мозга. Эта инициатива быстро стала международной. Сейчас во всем мире над исследова нием человеческого мозга трудятся сотни лучших лабораторий.
Надо сказать, что у нас в то время в верхних эшелонах власти было много умных и болеющих за державу людей. Поэтому и в нашей стране поняли необходимость исследования мозга человека и предложили мне на базе коллектива, созданного и руководимого академиком Бехтеревой, организовать научный центр по исследованию мозга - Институт мозга человека РАН.
Главное направление деятельности института: фундаментальные исследования организации мозга человека и его сложных психи ческих функций - речи, эмоций, внимания, памяти. Но не только. Одновременно ученые должны вести поиск методов лечения тех больных, у которых эти важные функции нарушены. Соединение фундаментальных исследований и практической работы с больными было одним из основных принципов деятельности института, разработанных его научным руководителем Натальей Петровной Бехтеревой.
Недопустимо ставить эксперименты на человеке. Поэтому большая часть исследований мозга проводится на животных. Однако есть явления, которые могут быть изучены только на человеке. Например, сейчас молодой сотрудник моей лаборатории защищает диссертацию об обработке речи, ее орфографии и синтаксиса в различных структурах мозга. Согласитесь, что это трудно исследовать на крысе. Институт специально ориентирован на исследование того, что нельзя изучать на животных. Мы проводим психофизиологические исследования на добровольцах с применением так называемой неинвазивной техники, не "залезая" внутрь мозга и не причиняя человеку особенных неудобств. Так осуществляются, например, томографические обследования или картирование мозга с помощью электроэнцефалографии.
Но бывает, что болезнь или несчастный случай "ставят эксперимент" на человеческом мозге - например, у больного нарушается речь или память. В этой ситуации можно и нужно исследовать те области мозга, работа которых нарушена. Или, наоборот, у пациента утерян или поврежден кусочек мозга, и ученым предоставляется возможность изучить, какие свои "обязанности" мозг не может выполнять с таким нарушением.
Но просто наблюдать за такими пациентами, мягко говоря, неэтично, и в нашем институте не только исследуют больных с различными повреждениями мозга, но и помогают им, в том числе и с помощью новейших, разработанных нашими сотрудниками методов лечения. Для этой цели при институте существует клиника на 160 коек. Две задачи - исследование и лечение - неразрывно связаны в работе наших сотрудников.
У нас прекрасные высококвалифицированниые доктора и медсестры. Без этого нельзя - ведь мы на переднем крае науки, и нужна высочайшая квалификация, чтобы реализовать новые методики. Практически каждая лаборатория института замкнута на отделения клиники, и это залог непрерывного появления новых подходов. Кроме стандартных методов лечения у нас проводят хирургическое лечение эпилепсии и паркинсонизма, психохирургические операции, лечение мозговой ткани магнитостимуляцией, лечение афазии с помощью электростимуляции, а также многое другое. В клинике лежат тяжелые больные, и бывает удается помочь им в случаях, считавшихся безнадежными. Конечно, это возможно не всегда. Вообще, когда слышишь какие-либо безграничные гарантии в лечении людей, это вызывает очень серьезные сомнения.
Можно ли "перевоспитать" нервные клетки?
Одно из самых современных направлений в работе института - стереотаксис. Это медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, щадящего, прицельного доступа к глубоким структурам головного мозга и дозированное воздействие на них. Это нейрохирургия будущего. Вместо "открытых" нейрохирургических вмешательств, когда, чтобы достичь мозга, делают большую трепанацию, предлагаются малотравматичные, щадящие воздействия на головной мозг.
В развитых странах, прежде всего в США, клинический стереотаксис занял достойное место в нейрохирургии. В США в этой сфере сегодня работают около 300 нейрохирургов - членов Американского стереотаксического общества. Основа стереотаксиса - математика и точные приборы, обеспечивающие прицельное погружение в мозг тонких инструментов. Они позволяют "заглянуть" в мозг живого человека. При этом используется позитронно-эмиссионная томография, магниторезонансная томография, компьютерная рентгеновская томография. "Стереотаксис - мерило методической зрелости нейрохирургии" - мнение ныне покойного нейрохирурга Л. В. Абракова. Для стереотаксического метода лечения очень важно знание роли отдельных "точек" в мозге человека, понимание их взаимодействия, знание того, где и что именно нужно изменить в мозге для лечения той или иной болезни.
В институте существует лаборатория стереотаксических методов, которой руководит доктор медицинских наук, лауреат Государственной премии СССР А. Д. Аничков. По существу, это ведущий стереотаксический центр России. Здесь родилось самое современное направление - компьютерный стереотакcис с программно-математическим обеспечением, которое осуществляется на электронной вычислительной машине. До наших разработок стереотаксические расчеты проводились нейрохирургами вручную во время операции, сейчас же у нас разработаны десятки стереотаксических приборов; некоторые прошли клиническую апробацию и способны решать самые сложные задачи. Совместно с коллегами из ЦНИИ "Электроприбор" создана и впервые в России серийно выпускается компьютеризированная стереотаксическая система, которая по ряду основных показателей превосходит аналогичные зарубежные образцы. Как выразился неизвестный автор, "наконец, робкие лучи цивилизации осветили наши темные пещеры".
В нашем институте стереотаксис применяется при лечении больных, страдающих двигательными нарушениями (паркинсонизмом, болезнью Паркинсона, хореей Гентингтона и другими), эпилепсией, неукротимыми болями (в частности, фантомно-болевым синдромом), некоторыми психи ческими нарушениями. Кроме того, стереотаксис используется для уточнения диагноза и лечения некоторых опухолей головного мозга, для лечения гематом, абсцессов, кист мозга. Стереотаксические вмешательства (как и все остальные нейрохирургические вмешательства) предлагаются больному только в том случае, если исчерпаны все возможности медикаментозного лечения и само заболевание угрожает здоровью пациента или лишает его трудоспособности, делает асоциальным. Все операции производятся только при согласии больного и его родственников, после консилиума специалистов разного профиля.
Существуют два вида стереотаксиса. Первый, нефункциональный, применяется тогда, когда в глубине мозга имеется какое-то органическое поражение, например опухоль. Если ее удалять с помощью обычной техники, придется затронуть здоровые, выполняющие важные функции структуры мозга и больному случайно может быть нанесен вред, иногда даже несовместимый с жизнью. Предположим, что опухоль хорошо видна с помощью магниторезонансного и позитронно-эмиссионного томографов. Тогда можно рассчитать ее координаты и ввести с помощью малотравматичного тонкого щупа радиоактивные вещества, которые выжгут опухоль и за короткое время распадутся. Повреждения при проходе сквозь мозговую ткань минимальны, а опухоль будет уничтожена. Мы провели уже несколько таких операций, бывшие пациенты живут до сих пор, хотя при традиционных методах лечения у них не было никакой надежды.
Суть этого метода в том, что мы устраняем "дефект", который четко видим. Главная задача - решить, как до него добраться, какой путь выбрать, чтобы не задеть важные зоны, какой метод устранения "дефекта" выбрать.
Принципиально другая ситуация при "функциональном" стереотаксисе, который тоже применяется при лечении психи ческих заболеваний. Причина болезни часто заключается в том, что одна маленькая группа нервных клеток или несколько таких групп работают неправильно. Они либо не выделяют необходимые вещества, либо выделяют их слишком много. Клетки могут быть патологически возбуждены, и тогда стимулируют "нехорошую" активность других, здоровых клеток. Эти "сбившиеся с пути" клетки надо найти и либо уничтожить, либо изолировать, либо "перевоспитать" с помощью электростимуляции. В такой ситуации нельзя "увидеть" пораженный участок. Мы должны его вычислить чисто теор етически, как астрономы вычислили орбиту Нептуна.
Именно здесь для нас особенно важны фундаментальные знания о принципах работы мозга, о взаимодействии его участков, о функциональной роли каждого участка мозга. Мы используем результаты стереотаксической неврологии - нового направления, разработанного в институте покойным профессором В. М. Смирновым. Стереотаксическая неврология - это "высший пилотаж", однако именно на этом пути нужно искать возможность лечения многих тяжелых заболеваний, в том числе и психи ческих.
Результаты наших исследований и данные других лабораторий указывают на то, что практически любая, даже очень сложная психи ческая деятельность мозга обеспечивается распределенной в пространстве и изменчивой во времени системой, состоящей из звеньев различной степени жесткости. Понятно, что вмешиваться в работу такой системы очень трудно. Тем не менее сейчас мы это умеем: например, можем создать новый центр речи взамен разрушенного при травме.
При этом происходит своеобразное "перевоспитание" нервных клеток. Дело в том, что существуют нервные клетки, которые от рождения готовы к своей работе, но есть и другие, которые "воспитываются" в процессе развития человека. Научаясь выполнять одни задачи, они забывают другие, но не навсегда. Даже пройдя "специализацию", они в принципе способны взять на себя выполнение каких-то других задач, могут работать и по-другому. Поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных нервных клеток, заменить их.
Нейрон ы мозга работают как команда корабля: один хорошо умеет вести судно по курсу, другой - стрелять, третий - готовить пищу. Но ведь и стрелка можно научить готовить борщ, а кока - наводить орудие. Нужно только объяснить им, как это делается. В принципе это естественный механизм: если травма мозга произошла у ребенка, у него нервные клетки самопроизвольн о "переучиваются". У взрослых же для "переучивания" клеток нужно применять специальные методы.
Этим и занимаются исследователи - пытаются стимулировать одни нервные клетки выполнять работу других, которые уже нельзя восстановить. В этом направлении уже получены хорошие результаты: например, некоторых пациентов с нарушением области Брока, отвечающей за формирование речи, удалось обучить говорить заново.
Другой пример - лечебное воздействие психохирургических операций, направленных на "выключение" структур области мозга, называемой лимбической системой. При разных болезнях в разных зонах мозга возникает поток патологических импульсов, которые циркулируют по нервным путям. Эти импульсы появляются в результате повышенной активности зон мозга, и такой механизм приводит к целому ряду хронических заболеваний нервной системы, таких, как паркинсонизм, эпилепсия, навязчивые состояния. Пути, по которым проходит циркуляция патологических импульсов, надо найти и максимально щадяще "выключить".
В последние годы проведены многие сотни (особенно в США) стереотаксических психохирургических вмешательств для лечения больных, страдающих некоторыми психи ческими нарушениями (прежде всего, навязчивыми состояниями), у которых оказались неэффективными нехирургические методы лечения. По мнению некоторых наркологов, наркоманию тоже можно рассматривать как разновидность такого рода расстройства, поэтому в случае неэффективности медикаментозного лечения может быть рекомендовано стереотаксическое вмешательство.
Детект ор ошибок
Очень важное направление работы института - исследование высших функций мозга: внимания, памяти, мышлени я, речи, эмоций. Этими проблемами занимаются несколько лабораторий, в том числе та, которой руковожу я, лаборатория академика Н. П. Бехтеревой, лаборатория доктора биологических наук Ю. Д. Кропотова.
Присущие только человеку функции мозга исследуются с помощью различных подходов: используется "обычная" электроэнцефалограмма, но на новом уровне картирования мозга, изучение вызванных потенциал ов, регистрация этих процессов совместно с импульсной активностью нейрон ов при непосредственном контакте с мозговой тканью - для этого применяются имплантированные электроды и техника позитронно-эмиссионной томографии.
Работы академика Н. П. Бехтеревой в этой области достаточно широко освещались в научной и научно-популярной печати. Она начала планомерное исследование психи ческих процессов в мозге еще тогда, когда большинство ученых считали это практически непознаваемым, делом далекого будущего. Как хорошо, что хотя бы в науке истина не зависит от позиции большинства. Многие из тех, кто отрицал возможность таких исследований, теперь считают их приоритетными.
В рамках этой статьи можно упомянуть только о самых интересных результатах, например о детект оре ошибок. Каждый из нас сталкивался с его работой. Представьте, что вы вышли из дому и уже на улице вас начинает терзать странное чувство - что-то не так. Вы возвращаетесь - так и есть, забыли выключить свет в ванной. То есть, вы забыли выполнить обычное, стереотипное действие - щелкнуть выключателем, и этот пропуск автоматически включил контрольный механизм в мозге. Этот механизм в середине шестидесятых был открыт Н. П. Бехтеревой и ее сотрудниками. Несмотря на то, что результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и зарубежных, сейчас они "переоткрыты" на Западе людьми, знающими работы наших ученых, но не гнушающимися прямым заимствованием у них. Исчезновение великой державы привело и к тому, что в науке стало больше случаев прямого плагиата.
Кто отвечает за грамматику?
Очень важное направление работы - так называемое микрокартирование мозга. В наших совместных исследованиях обнаружены даже такие механизмы, как детект ор грамматической правильности осмысл енной фразы. Например, "голубая лента" и "голубой лента". Смысл понятен в обоих случаях. Но есть одна "маленькая, но гордая" группа нейрон ов, которая "взвивается", когда грамматика нарушена, и сигнализирует об этом мозгу. Зачем это нужно? Вероятно, затем, что понимание речи часто идет в первую очередь за счет анализа грамматики (вспомним "глокую куздру" академика Щербы). Если с грамматикой что-то не так, поступает сигнал - надо проводить добавочный анализ.
Найдены микроучастки мозга, которые отвечают за счет, за различение конкретных и абстрактных слов. Показаны различия в работе нейрон ов при восприятии слова родного языка (чашка), квазислова родного языка (чохна) и слова иностранного (вахт - время по-азербайджански).
В этой
деятельности по-разному участвуют нейрон
ы коры и глубоких структур
мозга. В глубоких структурах в основном наблюдается увеличение
частоты электрических разрядов, не очень "привязанное" к какой-то
определенной зоне. Эти нейрон
ы как бы любую
задачу решают всем
миром. Совершенно другая картина в коре головного мозга. Один нейрон
словно говорит: "А ну-ка, ребята, помолчите, это мое дело, и я буду
выполнять его сам". И действительно, у всех нейрон
ов, кроме
некоторых, понижается частота импульсации, а у "избранников"
повышается.
Благодаря технике позитронно-эмиссионной томографии (или сокращенно ПЭТ) стало возможно детальное изучение одновременно всех областей мозга, отвечающих за сложные "человеческие" функции. Суть метода состоит в том, что малое количество изотопа вводят в вещество, участвующее в химических превращениях внутри клеток мозга, а затем наблюдают, как меняется распределение этого вещества в интересующей нас области мозга. Если к этой области усиливается приток глюкозы с радиоактивной меткой - значит, увеличился обмен веществ, что говорит об усиленной работе нервных клеток на этом участке мозга.
А теперь представьте, что человек выполняет какое-то сложное задание, требующее от него знания правил орфографии или логического мышлени я. При этом у него наиболее активно работают нервные клетки в области мозга, "ответственной" именно за эти навыки. Усиление работы нервных клеток можно зарегистрировать с помощью ПЭТ по увеличению кровотока в активизированной зоне. Таким образом удалось определить, какие области мозга "отвечают" за синтаксис, орфографию, смысл речи и за решение других задач. Например, известны зоны, которые активизируются при предъявлении слов, неважно, надо их читать или нет. Есть и зоны, которые активизируются, чтобы "ничего не делать", когда, например, человек слушает рассказ, но не слышит его, следя за чем-то другим.
Что такое внимание?
Не менее важно понять, как "работает" внимание у человека. Этой проблемой в нашем институте занимается и моя лаборатория, и лаборатория Ю. Д. Кропотова. Исследования ведутся совместно с коллективом ученых под руководством финского профессора Р. Наатанена, который открыл так называемый механизм непроизвольн ого внимания. Чтобы понять, о чем идет речь, представьте ситуацию: охотник крадется по лесу, выслеживая добычу. Но он и сам является добычей для хищного зверя, которого не замечает, потому что настроен только на поиск оленя или зайца. И вдруг случайный треск в кустах, может быть, и не очень заметный на фоне птичьего щебета и шума ручья, мгновенно переключает его внимание, подает сигнал: "Рядом опасность". Механизм непроизвольн ого внимания сформировался у человека в глубокой древности, как охранный механизм, но работает и сейчас: например, водитель ведет машину, слушает радио, слышит крики детей, играющих на улице, воспринимает все звуки окружающего мира, внимание его рассеянно, и вдруг тихий стук мотора мгновенно переключает его внимание на машину - он осознает, что с двигателем что-то не в порядке (кстати, это явление похоже на детект ор ошибок).
Такой переключатель внимания работает у каждого человека. Мы обнаружили зоны, которые активизируются на ПЭТ при работе этого механизма, а Ю. Д. Кропотов исследовал его с помощью метода имплантированных электродов. Иногда в самой сложной научной работе бывают смешные эпизоды. Так было, когда мы в спешке закончили эту работу перед очень важным и престижным симпозиумом. Ю. Д. Кропотов и я поехали на симпозиум делать доклады, и только там с удивлением и "чувством глубокого удовлетворения" неожиданно выяснили, что активизация нейрон ов происходит в одних и тех же зонах. Да, иногда двоим сидящим рядом надо поехать в другую страну, чтобы поговорить.
Если механизмы непроизвольн ого внимания нарушаются, то можно говорить о болезни. В лаборатории Кропотова изучают детей с так называемым дефицитом внимания и гиперактивностью. Это трудные дети, чаще мальчики, которые не могут сосредоточиться на уроке, их часто ругают дома и в школе, а на самом деле их нужно лечить, потому что у них нарушены некоторые определенные механизмы работы мозга. Еще недавно это явление не рассматривалось как болезнь и лучшим методом борьбы с ним считались "силовые" методы. Мы сейчас можем не только определить это заболевание, но и предложить методы лечения детей с дефицитом внимания.
Однако хочется огорчить некоторых молодых читателей. Далеко не каждая шалость связана с этим заболеванием, и тогда... "силовые" методы оправданы.
Кроме непроизвольн ого внимания есть еще и селективное. Это так называемое "внимание на приеме", когда все вокруг говорят разом, а вы следите только за собеседником, не обращая внимания на неинтересную вам болтовню соседа справа. Во время эксперимента испытуемому рассказывают истории: в одно ухо - одну, в другое - другую. Мы следим за реакцией на историю то в правом ухе, то в левом и видим на экране, как радикально меняется активизация областей мозга. При этом активизация нервных клеток на историю в правом ухе значительно меньше - потому, что большинство людей берут телефонную трубку в правую руку и прикладывают ее к правому уху. Им следить за историей в правом ухе проще, нужно меньше напрягаться, мозг возбуждается меньше.
Я мыслю - следовательно,
существую!
Уже много лет фантасты пишут о миниатюрных устройствах, которые вживляются в головной мозг и позволяют человеку с помощью мыслей управлять приборами и машинами. Невозможно, скажете вы? Оказывается, вовсе нет. По крайней мере, первый вариант подобных устройств уже создан и даже допущен к клиническим испытаниям.
Речь идет о чипе, созданном массачусетской компанией “Cyberkinetics”. Он представляет собой небольшую пластинку с электродами, которая вживляется лобную долю головного мозга человека и трансформирует нервные импульсы в электрические сигналы, которые передаются на персональный компьютер. С помощью этого чипа человек может, например, работать за компьютером (перемещать курсор и «кликать» на определенных элементах интерфейса), а при небольшой его доработке даже управлять сложными электромеханическими устройствами – в частности, протезами. Предполагается, что он будет использоваться для улучшения качества жизни людей, больных церебральным параличом или другими заболеваниями, сопровождающимися нарушением нервно-мышечной передачи.
Сейчас “Cyberkinetics” готовится к началу клинических испытаний, в которых примут участие шестеро больных. Соответствующие разрешения от американского Управления по лекарствам и пищевым продуктам (FDA) уже получены. Остается только надеяться, что испытания закончатся успехом.
И вы еще говорите о "взаимопонимании"? ;)
Вряд ли кто-то будет спорить с утверждением о том, что женщины и мужчины решают одни и те же задачи по-разному. И, оказывается, это объясняется не только особенностями мужской и женской психологии, но и определенными различиями в строении головного мозга.
Изучая особенности строения головного мозга различных людей, ученые из Университета Калифорнии обнаружили, что у мужчин и женщин, даже обладающих одинаковыми интеллектуальными способностями, в некоторых зонах головного мозга резко отличается соотношение серого и белого вещества. Так, оказалось, что в "интеллектуальных центрах" (зонах, ответственных за логический анализ и обработку абстрактной информации) головного мозга мужчин содержится примерно в шесть раз больше серого вещества, чем у женщин. Зато у женщин в этих же зонах содержится в девять раз больше белого вещества, чем у мужчин. Учитывая тот факт, что серое вещество - это преимущественно тела нервных клеток, то есть "структурные элементы" мозга, обеспечивающие собственно обработку информации, а белое вещество - это отростки нейрон ов, передающих информацию, картина становится довольно интересной. Из полученных исследователями данных можно сделать вывод о том, что женский и мужской мозг имеют принципиально разную физиологию - они используют разные "базовые принципы" обработки и анализа поступающих извне сигналов, а также по-разному реагируют на стимулы, соответствующие решению абстрактных задач.
Исследователи выявили и некоторые другие различия между мужским и женским мозгом, объясняющие основные особенности поведения представителей разных полов. Так, оказалось, что при решении логических задач у женщин активируются преимущественно зоны коры, расположенные в лобной доле мозга - там, где находятся центры контроля движений, эмоций и речи. По мнению специалистов, это объясняет высокую эмоциональность женщин, а также характерную для них черту - склонность к принятию не логических, а "чувственно-эмоциональных" решений. А вот у мужчин логические центры оказываются тесно сопряжены в первую очередь с зонами, ответственными за обработку внешних стимулов. Именно поэтому, считают ученые, мужчины склонны более тщательно взвешивать все факторы и выносить четко обоснованные логические решения.
"Мы ни в коем случае не хотим сказать, что женщины имеют меньше интеллектуальные способности, чем мужчины, или наоборот, - прокомментировал полученные результаты один из авторов этого исследования, профессор психологии Ричард Хейер. - Но факт остается фактом - строение головного мозга мужчины принципиально отличается от строения головного мозга женщины. И даже если мужчина и женщина решают поставленные перед ними задачи одинаково эффективно, они используют при этом принципиально разные алгоритм ы."
Интересные результаты дает такой
эксперимент. Испытуемому рассказывают одновременно две разные
истории: в левое ухо одну, в правое - другую. На фото1 изображены
разные проекции мозга - стрелками отмечены активизированные зоны,
когда внимание сосредоточено на истории, рассказываемой в левое ухо.
Внимание испытуемого "переключилось" на "историю в правом ухе" (фото
2). Можно заметить, что для фиксации внимания на "историю в правом
ухе" требуется гораздо меньшая активность мозга. Это связано с
праворукостью большинства людей - обычно они берут телефонную трубку
правой рукой и прикладывают ее к правому уху.
ЗОНЫ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЦВЕТА
ЗОНЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ОБРАБОТКЕ СИНТАКСИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПРЕДЛОЖЕНИЙ
ЗОНА ОРФОГРАФИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЛОВ
ОБЛАСТЬ, УЧАСТВУЮЩАЯ В СОЗНАТЕЛЬНОЙ И НЕПРОИЗВОЛЬН ОЙ ОБРАБОТКЕ СМЫСЛ А СЛОВ
ОБЛАСТИ, ПРЕДПОЛОЖИТЕЛЬНО УПРАВЛЯЮЩИЕ ПОДАВЛЕНИЕМ ОБРАБОТКИ РЕЧЕВЫХ ПРИЗНАКОВ В ЗАДАЧЕ НА ОБРАБОТКУ ФИЗИЧЕСКОГО ПРИЗНАКА СЛОВА, НАПРИМЕР ЦВЕТА
Что знает наука о мозге
Член-корреспондент РАН С. В. Медведев
Несмотря на все достижения современной науки, человеческий мозг остаётся самым загадочным объектом. С помощью сложнейшей тонкой аппаратуры учёные Института мозга человека Российской АН смогли „проникнуть“ в глубины мозга, не нарушая его работы, и выяснить, каким образом происходит запоминание информации, обработка речи, как формируются эмоции. Эти исследования помогают не только разобраться в том, как выполняет мозг свои важнейшие психические функции, но и разработать методы лечения тех людей, у которых они нарушены. Об этих и других работах Института мозга человека рассказывает его директор С.В. Медведев.
Мозг против мозга - кто кого?
Проблема исследования мозга человека, соотношения мозга и психики - одна из самых захватывающих задач, которые когда-либо возникали в науке. Впервые поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь всё, что до сих пор исследовалось - и атом, и галактика, и мозг животного - было проще, чем мозг человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Ведь, кроме приборов и методов, главным средством познания мозга остаётся опять-таки наш человеческий мозг. Обычно прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в этом же случае мы пытаемся действовать на равных - мозг против мозга.
Грандиозность задачи привлекала многие великие умы: о принципах работы мозга высказывались и Гиппократ, и Аристотель, и Декарт и многие другие.
В прошлом веке были обнаружены зоны мозга, отвечающие за речь, - по имени открывателей их называют области Брока и Вернике. Однако настоящее научное исследование мозга началось с работ нашего гениального соотечественника И.М. Сеченова. Далее - В.М. Бехтерев, И.П. Павлов… Здесь я остановлюсь в перечислении имён, так как выдающихся исследователей мозга в двадцатом веке много, и слишком велика опасность кого-нибудь пропустить (особенно из ныне здравствующих, не дай Бог). Были сделаны великие открытия, но возможности методик того времени для изучения человеческих функций весьма ограничены: психологические тесты, клинические наблюдения и начиная с тридцатых годов электроэнцефалограмма. Это всё равно, что пытаться узнать, как работает телевизор, по гудению ламп и трансформаторов или по температуре футляра, либо попробовать понять роль составляющих его блоков, исходя из того, что произойдёт с телевизором, если этот блок разбить.
Однако устройство мозга, его морфологию изучили уже довольно хорошо. А вот представления о функционировании отдельных нервных клеток были очень отрывочными. Таким образом, не хватало полноты знаний о кирпичиках, составляющих мозг, и необходимых инструментов для их исследования.
Два прорыва в исследованиях мозга человека
Реально первый прорыв в познании мозга человека был связан с применением метода долгосрочных и краткосрочных имплантированных электродов для диагностики и лечения больных. В то же время учёные начали понимать, как работает отдельный нейрон, как происходит передача информации от нейрона к нейрону и по нерву. В нашей стране первыми в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стали работать академик Н.П. Бехтерева и её сотрудники.
Так были получены данные о жизни отдельных зон мозга, о соотношении его важнейших разделов - коры и подкорки и многие другие. Однако мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, а с помощью электродов можно наблюдать лишь за десятками, да и то в поле зрения исследователей часто попадают не те клетки, которые нужны для исследования, а те, что оказались рядом с лечебным электродом.
Тем временем в мире совершалась техническая революция. Новые вычислительные возможности позволили вывести на новый уровень исследование высших функций мозга с помощью электроэнцефалографии и вызванных потенциалов. Возникли и новые методы, позволяющие „заглянуть внутрь“ мозга: магнитоэнцефалография, функциональная магниторезонансная томография и позитронно-эмиссионная томография. Всё это создало фундамент для нового прорыва. Он действительно произошёл в середине восьмидесятых годов.
В это время научный интерес и возможность его удовлетворения совпали. Видимо, поэтому Конгресс США объявил девяностые годы десятилетием изучения человеческого мозга. Эта инициатива быстро стала международной. Сейчас во всём мире над исследованием человеческого мозга трудятся сотни лучших лабораторий.
Надо сказать, что у нас в то время в верхних эшелонах власти было много умных и болеющих за державу людей. Поэтому и в нашей стране поняли необходимость исследования мозга человека и предложили мне на базе коллектива, созданного и руководимого академиком Бехтеревой, организовать научный центр по исследованию мозга - Институт мозга человека РАН.
Главное направление деятельности института: фундаментальные исследования организации мозга человека и его сложных психических функций - речи, эмоций, внимания, памяти. Но не только. Одновременно учёные должны вести поиск методов лечения тех больных, у которых эти важные функции нарушены. Соединение фундаментальных исследований и практической работы с больными было одним из основных принципов деятельности института, разработанных его научным руководителем Натальей Петровной Бехтеревой.
Недопустимо ставить эксперименты на человеке. Поэтому большая часть исследований мозга проводится на животных. Однако есть явления, которые могут быть изучены только на человеке. Например, сейчас молодой сотрудник моей лаборатории защищает диссертацию об обработке речи, её орфографии и синтаксиса в различных структурах мозга. Согласитесь, что это трудно исследовать на крысе. Институт специально ориентирован на исследование того, что нельзя изучать на животных. Мы проводим психофизиологические исследования на добровольцах с применением так называемой неинвазивной техники, не „залезая“ внутрь мозга и не причиняя человеку особенных неудобств. Так осуществляются, например, томографические обследования или картирование мозга с помощью электроэнцефалографии.
Но бывает, что болезнь или несчастный случай „ставят эксперимент“ на человеческом мозге - например, у больного нарушается речь или память. В этой ситуации можно и нужно исследовать те области мозга, работа которых нарушена. Или, наоборот, у пациента утерян или повреждён кусочек мозга, и учёным предоставляется возможность изучить, какие свои „обязанности“ мозг не может выполнять с таким нарушением.
Но просто наблюдать за такими пациентами, мягко говоря, неэтично, и в нашем институте не только исследуют больных с различными повреждениями мозга, но и помогают им, в том числе и с помощью новейших, разработанных нашими сотрудниками методов лечения. Для этой цели при институте существует клиника на 160 коек. Две задачи - исследование и лечение - неразрывно связаны в работе наших сотрудников.
У нас прекрасные высококвалифицированниые доктора и медсёстры. Без этого нельзя - ведь мы на переднем крае науки, и нужна высочайшая квалификация, чтобы реализовать новые методики. Практически каждая лаборатория института замкнута на отделения клиники, и это залог непрерывного появления новых подходов. Кроме стандартных методов лечения у нас проводят хирургическое лечение эпилепсии и паркинсонизма, психохирургические операции, лечение мозговой ткани магнитостимуляцией, лечение афазии с помощью электростимуляции, а также многое другое. В клинике лежат тяжёлые больные, и бывает удаётся помочь им в случаях, считавшихся безнадёжными. Конечно, это возможно не всегда. Вообще, когда слышишь какие-либо безграничные гарантии в лечении людей, это вызывает очень серьёзные сомнения.
Будни и звёздные часы лабораторий
В каждой лаборатории есть свои достижения. Например, лаборатория, которой руководит профессор В.А. Илюхина, ведёт разработки в области нейрофизиологии функциональных состояний головного мозга.
Что это такое? Попробую объяснить на простом примере. Каждый знает, что одна и та же фраза иногда воспринимается человеком диаметрально противоположно в зависимости от того, в каком состоянии он находится: болен или здоров, возбуждён или спокоен. Это похоже на то, как одна и та же нота, извлекаемая, например, из органа, имеет разный тембр в зависимости от регистра. Наш мозг и организм - сложнейшая многорегистровая система, где роль регистра играет состояние человека. Можно сказать, что весь спектр взаимоотношений человека с окружающей средой определяется его функциональным состоянием. Оно определяет и возможность „срыва“ оператора за пультом управления сложнейшей машиной, и реакцию больного на принимаемое лекарство.
В лаборатории профессора Илюхиной исследуют функциональные состояния, а также то, какими параметрами они определяются, как эти параметры и сами состояния зависят от регуляторных систем организма, как внешние и внутренние воздействия изменяют состояния, иногда вызывая болезнь, и как в свою очередь состояния мозга и организма влияют на течение заболевания и действие лекарственных средств. С помощью полученных результатов можно сделать правильный выбор между альтернативными путями лечения. Проводится и определение приспособительных возможностей человека: насколько он будет устойчив при каком-либо лечебном воздействии, стрессе.
Очень важной задачей занимается лаборатория нейроиммунологии. Нарушения иммунорегуляции часто приводят к возникновению тяжёлых заболеваний головного мозга. Это состояние надо диагностировать и подобрать лечение - иммунокоррекцию. Типичный пример нейроиммунного заболевания - рассеянный склероз, изучением которого в институте занимается лаборатория под руководством профессора И.Д. Столярова. Не так давно он вошёл в совет Европейского комитета, занимающегося исследованием и лечением рассеянного склероза.
В двадцатом веке человек начал активно изменять окружающий его мир, празднуя победу над природой, но оказалось, что праздновать рано: при этом обостряются проблемы, созданные самим человеком, так называемые техногенные. Мы живём под воздействием магнитных полей, при свете мигающих газосветных ламп, часами смотрим на дисплей компьютера, говорим по мобильному телефону… Всё это далеко не безразлично для организма человека: например, хорошо известно, что мигающий свет способен вызвать эпилептический припадок. Можно устранить вред, наносимый при этом мозгу, очень простыми мерами - закрыть один глаз. Чтобы резко снизить „поражающее действие“ радиотелефона (кстати, оно ещё точно не доказано), можно просто изменить его конструкцию так, чтобы антенна была направлена вниз и мозг не облучался. Этими исследованиями занимается лаборатория под руководством доктора медицинских наук Е.Б. Лыскова. Например, он и его сотрудники показали, что воздействие переменного магнитного поля отрицательно сказывается на процессе обучения.
На уровне клеток работа мозга связана с химическими превращениями различных веществ, поэтому для нас важны результаты, полученные в лаборатории молекулярной нейробиологии, руководимой профессором С.А. Дамбиновой. Сотрудники этой лаборатории разрабатывают новые методы диагностики заболеваний мозга, проводят поиск химических веществ белковой природы, которые способны нормализовать нарушения в ткани мозга при паркинсонизме, эпилепсии, наркотической и алкогольной зависимости. Оказалось, что употребление наркотиков и алкоголя приводит к разрушению нервных клеток. Их фрагменты, попадая в кровь, побуждают иммунную систему вырабатывать так называемые „аутоантитела“. „Аутоантитела“ остаются в крови ещё долгое время, даже у людей, переставших употреблять наркотики. Это своеобразная память организма, хранящая информацию об употреблении наркотиков. Если измерить в крови человека количество аутоантител к специфическим фрагментам нервных клеток, можно поставить диагноз „наркомания“ даже через несколько лет после того, как человек перестал употреблять наркотики.
Можно ли «перевоспитать» нервные клетки?
Одно из самых современных направлений в работе института - стереотаксис. Это медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, щадящего, прицельного доступа к глубоким структурам головного мозга и дозированное воздействие на них. Это нейрохирургия будущего. Вместо „открытых“ нейрохирургических вмешательств, когда, чтобы достичь мозга, делают большую трепанацию, предлагаются малотравматичные, щадящие воздействия на головной мозг.
В развитых странах, прежде всего в США, клинический стереотаксис занял достойное место в нейрохирургии. В США в этой сфере сегодня работают около 300 нейрохирургов - членов Американского стереотаксического общества. Основа стереотаксиса - математика и точные приборы, обеспечивающие прицельное погружение в мозг тонких инструментов. Они позволяют „заглянуть“ в мозг живого человека. При этом используется позитронно-эмиссионная томография, магниторезонансная томография, компьютерная рентгеновская томография. „Стереотаксис - мерило методической зрелости нейрохирургии“ - мнение ныне покойного нейрохирурга Л.В. Абракова. Для стереотаксического метода лечения очень важно знание роли отдельных „точек“ в мозге человека, понимание их взаимодействия, знание того, где и что именно нужно изменить в мозге для лечения той или иной болезни.
В институте существует лаборатория стереотаксических методов, которой руководит доктор медицинских наук, лауреат Государственной премии СССР А.Д. Аничков. По существу, это ведущий стереотаксический центр России. Здесь родилось самое современное направление - компьютерный стереотакcис с программно-математическим обеспечением, которое осуществляется на электронной вычислительной машине. До наших разработок стереотаксические расчёты проводились нейрохирургами вручную во время операции, сейчас же у нас разработаны десятки стереотаксических приборов; некоторые прошли клиническую апробацию и способны решать самые сложные задачи. Совместно с коллегами из ЦНИИ „Электроприбор“ создана и впервые в России серийно выпускается компьютеризированная стереотаксическая система, которая по ряду основных показателей превосходит аналогичные зарубежные образцы. Как выразился неизвестный автор, „наконец, робкие лучи цивилизации осветили наши тёмные пещеры“.
В нашем институте стереотаксис применяется при лечении больных, страдающих двигательными нарушениями (паркинсонизмом, болезнью Паркинсона, хореей Гентингтона и другими), эпилепсией, неукротимыми болями (в частности, фантомно-болевым синдромом), некоторыми психическими нарушениями. Кроме того, стереотаксис используется для уточнения диагноза и лечения некоторых опухолей головного мозга, для лечения гематом, абсцессов, кист мозга. Стереотаксические вмешательства (как и все остальные нейрохирургические вмешательства) предлагаются больному только в том случае, если исчерпаны все возможности медикаментозного лечения и само заболевание угрожает здоровью пациента или лишает его трудоспособности, делает асоциальным. Все операции производятся только при согласии больного и его родственников, после консилиума специалистов разного профиля.
Существуют два вида стереотаксиса. Первый, нефункциональный, применяется тогда, когда в глубине мозга имеется какое-то органическое поражение, например опухоль. Если её удалять с помощью обычной техники, придётся затронуть здоровые, выполняющие важные функции структуры мозга и больному случайно может быть нанесён вред, иногда даже несовместимый с жизнью. Предположим, что опухоль хорошо видна с помощью магниторезонансного и позитронно-эмиссионного томографов. Тогда можно рассчитать её координаты и ввести с помощью малотравматичного тонкого щупа радиоактивные вещества, которые выжгут опухоль и за короткое время распадутся. Повреждения при проходе сквозь мозговую ткань минимальны, а опухоль будет уничтожена. Мы провели уже несколько таких операций, бывшие пациенты живут до сих пор, хотя при традиционных методах лечения у них не было никакой надежды.
Суть этого метода в том, что мы устраняем „дефект“, который чётко видим. Главная задача - решить, как до него добраться, какой путь выбрать, чтобы не задеть важные зоны, какой метод устранения „дефекта“ выбрать.
Принципиально другая ситуация при „функциональном“ стереотаксисе, который тоже применяется при лечении психических заболеваний. Причина болезни часто заключается в том, что одна маленькая группа нервных клеток или несколько таких групп работают неправильно. Они либо не выделяют необходимые вещества, либо выделяют их слишком много. Клетки могут быть патологически возбуждены, и тогда стимулируют „нехорошую“ активность других, здоровых клеток. Эти „сбившиеся с пути“ клетки надо найти и либо уничтожить, либо изолировать, либо „перевоспитать“ с помощью электростимуляции. В такой ситуации нельзя „увидеть“ поражённый участок. Мы должны его вычислить чисто теоретически, как астрономы вычислили орбиту Нептуна.
Именно здесь для нас особенно важны фундаментальные знания о принципах работы мозга, о взаимодействии его участков, о функциональной роли каждого участка мозга. Мы используем результаты стереотаксической неврологии - нового направления, разработанного в институте покойным профессором В.М. Смирновым. Стереотаксическая неврология - это „высший пилотаж“, однако именно на этом пути нужно искать возможность лечения многих тяжёлых заболеваний, в том числе и психических.
Результаты наших исследований и данные других лабораторий указывают на то, что практически любая, даже очень сложная психическая деятельность мозга обеспечивается распределённой в пространстве и изменчивой во времени системой, состоящей из звеньев различной степени жёсткости. Понятно, что вмешиваться в работу такой системы очень трудно. Тем не менее сейчас мы это умеем: например, можем создать новый центр речи взамен разрушенного при травме.
При этом происходит своеобразное „перевоспитание“ нервных клеток. Дело в том, что существуют нервные клетки, которые от рождения готовы к своей работе, но есть и другие, которые „воспитываются“ в процессе развития человека. Научаясь выполнять одни задачи, они забывают другие, но не навсегда. Даже пройдя „специализацию“, они в принципе способны взять на себя выполнение каких-то других задач, могут работать и по-другому. Поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных нервных клеток, заменить их.
Нейроны мозга работают как команда корабля: один хорошо умеет вести судно по курсу, другой - стрелять, третий - готовить пищу. Но ведь и стрелка можно научить готовить борщ, а кока - наводить орудие. Нужно только объяснить им, как это делается. В принципе это естественный механизм: если травма мозга произошла у ребёнка, у него нервные клетки самопроизвольно „переучиваются“. У взрослых же для „переучивания“ клеток нужно применять специальные методы.
Этим и занимаются исследователи - пытаются стимулировать одни нервные клетки выполнять работу других, которые уже нельзя восстановить. В этом направлении уже получены хорошие результаты: например, некоторых пациентов с нарушением области Брока, отвечающей за формирование речи, удалось обучить говорить заново.
Другой пример - лечебное воздействие психохирургических операций, направленных на „выключение“ структур области мозга, называемой лимбической системой. При разных болезнях в разных зонах мозга возникает поток патологических импульсов, которые циркулируют по нервным путям. Эти импульсы появляются в результате повышенной активности зон мозга, и такой механизм приводит к целому ряду хронических заболеваний нервной системы, таких, как паркинсонизм, эпилепсия, навязчивые состояния. Пути, по которым проходит циркуляция патологических импульсов, надо найти и максимально щадяще „выключить“.
В последние годы проведены многие сотни (особенно в США) стереотаксических психохирургических вмешательств для лечения больных, страдающих некоторыми психическими нарушениями (прежде всего, навязчивыми состояниями), у которых оказались неэффективными нехирургические методы лечения. По мнению некоторых наркологов, наркоманию тоже можно рассматривать как разновидность такого рода расстройства, поэтому в случае неэффективности медикаментозного лечения может быть рекомендовано стереотаксическое вмешательство.
Детектор ошибок
Очень важное направление работы института - исследование высших функций мозга: внимания, памяти, мышления, речи, эмоций. Этими проблемами занимаются несколько лабораторий, в том числе та, которой руковожу я, лаборатория академика Н.П. Бехтеревой, лаборатория доктора биологических наук Ю.Д. Кропотова.
Присущие только человеку функции мозга исследуются с помощью различных подходов: используется „обычная“ электроэнцефалограмма, но на новом уровне картирования мозга, изучение вызванных потенциалов, регистрация этих процессов совместно с импульсной активностью нейронов при непосредственном контакте с мозговой тканью - для этого применяются имплантированные электроды и техника позитронно-эмиссионной томографии.
Работы академика Н.П. Бехтеревой в этой области достаточно широко освещались в научной и научно-популярной печати. Она начала планомерное исследование психических процессов в мозге ещё тогда, когда большинство учёных считали это практически непознаваемым, делом далёкого будущего. Как хорошо, что хотя бы в науке истина не зависит от позиции большинства. Многие из тех, кто отрицал возможность таких исследований, теперь считают их приоритетными.
В рамках этой статьи можно упомянуть только о самых интересных результатах, например о детекторе ошибок. Каждый из нас сталкивался с его работой. Представьте, что вы вышли из дому и уже на улице вас начинает терзать странное чувство - что-то не так. Вы возвращаетесь - так и есть, забыли выключить свет в ванной. То есть, вы забыли выполнить обычное, стереотипное действие - щёлкнуть выключателем, и этот пропуск автоматически включил контрольный механизм в мозге. Этот механизм в середине шестидесятых был открыт Н.П. Бехтеревой и её сотрудниками. Несмотря на то, что результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и зарубежных, сейчас они „переоткрыты“ на Западе людьми, знающими работы наших учёных, но не гнушающимися прямым заимствованием у них. Исчезновение великой державы привело и к тому, что в науке стало больше случаев прямого плагиата.
Детекция ошибок может стать и болезнью, когда этот механизм работает больше, чем нужно, и человеку всё время кажется, что он что-то забыл.
В общих чертах нам сегодня ясен и процесс запуска эмоций на уровне мозга. Почему один человек с ними справляется, а другой - „западает“, не может вырваться из замкнутого круга однотипных переживаний? Оказалось, что у „стабильного“ человека изменения обмена веществ в мозге, связанные, например, с горем, обязательно компенсируются направленными в другую сторону изменениями обмена веществ в других структурах. У „нестабильного“ же человека эта компенсация нарушена.
Кто отвечает за грамматику?
Очень важное направление работы - так называемое микрокартирование мозга. В наших совместных исследованиях обнаружены даже такие механизмы, как детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Например, „голубая лента“ и „голубой лента“. Смысл понятен в обоих случаях. Но есть одна „маленькая, но гордая“ группа нейронов, которая „взвивается“, когда грамматика нарушена, и сигнализирует об этом мозгу. Зачем это нужно? Вероятно, затем, что понимание речи часто идёт в первую очередь за счёт анализа грамматики (вспомним „глокую куздру“ академика Щербы). Если с грамматикой что-то не так, поступает сигнал - надо проводить добавочный анализ.
|
Исследования, проведённые в последние годы в Институте мозга человека Российской академии наук, позволили определить, какие области мозга отвечают за осмысление различных особенностей воспринимаемой человеком речи: за грамматику, синтаксис, орфографию и другие. Область, отвечающая за определение грамматических характеристик слова Зона, активная при необходимости использования кратковременной памяти Зоны речевой моторики Зоны первичной обработки цвета Зоны, участвующие в обработке синтаксической структуры предложений Зона орфографической обработки слов Область, участвующая в сознательной и непроизвольной обработке смысла слов Области, предположительно управляющие подавлением обработки речевых признаков в задаче на обработку физического признака слова, например цвета , психогенетики . Важным направлением когнитивной нейробиологии является изучение людей, имеющих нарушения психической деятельности вследствие повреждений головного мозга. Связь строения нейронов с когнитивными способностями подтверждается такими фактами, как увеличение количества и размеров синапсов в мозге крыс в результате их обучения, уменьшение эффективности передачи нервного импульса по синапсам, наблюдаемое у людей, страдающих болезнью Альцгеймера . Одним из первых мыслителей, утверждавших, что мышление осуществляется в головном мозге, был Гиппократ . К девятнадцатому веку такие учёные, как Иоганн Петер Мюллер предпринимают попытки изучить функциональную структуру головного мозга в аспекте локализации мыслительных и поведенческих функций в отделах головного мозга. Приемы и методыТомографияСтруктура мозга изучается при помощи компьютерной томографии , магнитно-резонансной томографии , ангиографии . Компьютерная томография и ангиография имеют меньшее разрешение при отображении мозга чем магнитно-резонансная томография. Исследование активности зон мозга на основе анализа метаболизма позволяет осуществить позитронно-эмиссионная томография и функциональная магнитно-резонансная томография .
ЭлектроэнцефалограммаОтделы головного мозга и психическая деятельностьПередний мозг
Средний мозгСсылкиWikimedia Foundation . 2010 . Смотреть что такое "Когнитивная нейробиология" в других словарях:Нейробиология наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии. За рубежом, а в последние 5 6 лет также и в России… … Википедия Нейробиология наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии. За рубежом, а в последние 5 6 лет также и в России всё… … Википедия Нейробиология наука, изучающая устройство, функционирование, развитие, генетику, биохимию, физиологию и патологию нервной системы. Изучение поведения является также разделом нейробиологии. За рубежом, а в последние 5 6 лет также и в России всё… … Википедия - (когнитивная наука) (лат. cognitio познание) междисциплинарное научное направление, объединяющее теорию познания, когнитивную психологию, нейрофизиологию, когнитивную лингвистику и теорию искусственного интеллекта. В… … Википедия - (англ. Applied Neuroscience) междисциплинарные научные направления нейронауки с другими науками, имеющие теоретическое и практическое значение. Быстрое развитие в настоящее время получила нейронаука (англ. Neuroscience), поскольку она существенно … Википедия Логотип трансгуманизма (один из вариантов) Трансгуманизм (от лат. trans сквозь, через, за; лат. humanitas человечность, humanus человечный, homo человек) изменение и развитие человечес … Википедия Пример управления с помощью однонаправленного нейро компьютерного интерфейса Нейро компьютерный интерфейс (НКИ) (называемый также прямой … Википедия Мозговой имплантат потенциальное возможное устройство, вводимое в полость черепа и осуществляющее взаимодействие с головным мозгом человека. На нынешнем техническом уровне человеческой цивилизации не представляется возможным полноценного… … Википедия Дисциплина лежащая на стыке нейробиологии и биомедицинской инженерии и занимающаяся разработкой нейронных протезов. Нейронные протезы являются устройствами, которые могут восстанавливают двигательные, сенсорные и когнитивные функции, которые… … Википедия Родители и учителя, которые много читают вслух и обсуждают прочитанное с детьми, ускоряют и стимулируют их (детей) умственное развитие. Нейроны в мозгу образуются в течение всей жизни, в отличие от распространенного ранее мифа о том, что нервные клетки не восстанавливаются. Для того, чтобы это образование происходило, надо постоянно “нагружать” свой мозг, получая новые впечатления. Мозолистое тело – это особое образование, состоящее из 200-250 миллионов нервных волокон, соединяющих левое и правое полушарие – своеобразная шина данных. Головной мозг растет в размерах в среднем до 18 лет. Если ребенок находится в окружении, стимулирующем развитие, он в дальнейшей жизни будет на 25% лучше усваивать информацию. И наоборот, примитивная среда обитания на те же 25% снижает обучающие способности. Мозг творческого человека работает в особом режиме, в отличие от техногенного “сухаря” В Нью-Йорке было проведено интересное исследование, согласно которому студенты, исключившие из своего пищевого рациона продукты с искусственными ароматизаторами и консервантами, имеют в среднем на 14% выше IQ, чем их менее придирчивые товарищи. Тут, правда, непонятно – то ли повышенный IQ вызвал неприятие синтетической пищи, то ли отсутствие ароматизаторов вызвало повышение IQ. Хочется верить, что второе. Мозг человека имеет врожденное стремление к познанию, то есть любознательность. Но при отсутствии стимуляции это стремление быстро исчезает, уступая место скуке. Еще одно исследование показало, что изучение новых вещей и явлений приводит к быстрому изменению структуры мозговой активности, причем уже через неделю обучения. Музыка улучшает обучаемость. Наиболее эффективна легкая фоновая мелодия, особенно классическая музыка. В мозгу есть два миндалевидных тела (по одному в каждом полушарии), которые “отвечают” за нашу способность читать лица окружающих и понимать, как они себя чувствуют. Способность к обучению и запоминанию называется декларативной памятью, в отличие от непосредственно воспоминаний она “находится” в другой части мозга. Запах позволяет лучше усваивать знания. Исследование показало, что совмещение обучения с некоторыми ароматами улучшает процесс запоминания. Каждый раз, когда вы что-то вспоминаете, в мозгу образуется новая связь. Память сильно связана с ассоциациями, поэтому ассоциативный способ обучения весьма эффективен. Ассоциации – связи между различными явлениями, понятиями и так далее. Считается, что мозг упорядочивает воспоминания во время сна. Недостаток сна ухудшает способность к запоминанию. Краткосрочная память связана с кратковременными электрохимическими взаимодействиями в мозгу, а долговременная – с изменением структуры связей между нейронами. Каждый раз, когда мы моргаем, наш мозг “запоминает” картинку, и держит ее до того момента, как начнет поступать новая зрительная информация. Если бы не было этого явления, то при моргании нам бы заново приходилось рассматривать окружающее. Казалось бы, что может быть проще, чем смех? Оказывается, этот процесс требует активности как минимум пяти областей мозга – левой части коры головного мозга, анализирующей фразу и разбирающей ее на части. После в дело вступает обширная часть лобной доли, ответственной за социальное поведение. Далее правое полушарие анализирует смысл шутки, “въезжает” в нее. Потом Срабатывает затылочная доля обрабатывает визуальные сигналы, или как окружающие реагируют на шутку. И наконец, двигательные области мозга подают сигнал на соответствующие мышцы, вызывая характерные звуки До сих пор не известно точно, зачем мы зеваем, и почему зевота так заразительна. По одной из гипотез, ранее зевание было чем то вроде социального ритуала, поэтому в подсознании у нас срабатывают наиболее глубокие участки, вызывая зевание и “отвечая” на зевание окружающих. Со временем функция зевания стала чисто декоративной, превратившись в рудимент. В Гарварде есть банк мозгов, где хранится более 7000 экземпляров человеческого мозга для исследования. Диснеевские мультфильмы являются наглядной демонстрацией различных нервных расстройств – герои в них часто храпят, видят кошмары и ходят во сне. Подсчитано, что человек в среднем думает 70 тысяч мыслей ежедневно. Древнегреческий философ Аристотель считал, что мышление и сознание находятся в сердце. На работу мозга влияет множество факторов, даже гравитация. Установлено, что в условиях невесомости характер взаимодействия нейронов в мозгу изменяется. В драмах Шекспира слово “brain” (мозг) встречается 66 раз. Археологи обнаружили доказательства того, что примитивные операции на мозге производились в 2000 году до нашей эры. Они, правда, ограничивались проделыванием отверстий в черепе для снижения внутричерепного давления. Мозг на три четверти состоит из обыкновенной воды. Мнение о том, что мы используем 10% от возможностей своего мозга – миф. Даже при сравнительно простой активности задействуются все его области. Средний вес человеческого мозга – 1300 грамм Мозг обрабатывает болевые сигналы от многих тысяч болевых рецепторов, но при этом сам не имеет клеток, чувствительных к боли, поэтому не “чувствует” ее. Мозг против мозга - кто кого? Проблема исследования мозга человека, соотношения мозга и психики - одна из самых захватывающих задач, которые когда-либо возникали в науке. Впервые поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь все, что до сих пор исследовалось - и атом, и галактика, и мозг животного - было проще, чем мозг человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Ведь, кроме приборов и методов, главным средством познания мозга остается опять-таки наш человеческий мозг. Обычно прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в этом же случае мы пытаемся действовать на равных - мозг против мозга.
Два прорыва в исследованиях мозга человека Реально первый прорыв в познании мозга человека был связан с применением метода долгосрочных и краткосрочных ими-лантированных электродов для диагностики и лечения больных. В то же время ученые начали понимать, как работает отдельный нейрон, как происходит передача информации от нейрона к нейрону и по нерву. В нашей стране первыми в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стали работать академик Н. П. Бехтерева и ее сотрудники.
Будни и звездные часы лабораторий В каждой лаборатории есть свои достижения. Например, лаборатория, которой руководит профессор В. А. Илюхина, ведет разработки в области нейрофизиологии функциональных состояний головного мозга.
Можно ли "перевоспитать" нервные клетки? Одно из самых современных направлений в работе института - стереотаксис. Это медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, щадящего, прицельного доступа к глубоким структурам головного мозга и дозированное воздействие на них. Это нейрохирургия будущего. Вместо «открытых» нейрохирургических вмешательств, когда, чтобы достичь мозга, делают большую трепанацию, предлагаются малотравматичные, щадящие воздействия на головной мозг.
Детектор ошибок Очень важное направление работы института - исследование высших функций мозга: внимания, памяти, мышления, речи, эмоций. Этими проблемами занимаются несколько лабораторий, в том числе та, которой руковожу я, лаборатория академика Н. П. Бехтеревой, лаборатория доктора биологических наук Ю. Д. Кропотова.
Кто отвечает за грамматику? Очень важное направление работы - так называемое микрокартирование мозга. В наших совместных исследованиях обнаружены даже такие механизмы, как детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Например, «голубая лента» и «голубой лента». Смысл понятен в обоих случаях. Но есть одна «маленькая, но гордая» группа нейронов, которая «взвивается», когда грамматика нарушена, и сигнализирует об этом мозгу. Зачем это нужно? Вероятно, затем, что понимание речи часто идет в первую очередь за счет анализа грамматики (вспомним «глокую куздру» академика Щербы). Если с грамматикой что-то не так, поступает сигнал - надо проводить добавочный анализ.
Что такое внимание? Не менее важно понять, как «работает» внимание у человека. Этой проблемой в нашем институте занимается и моя лаборатория, и лаборатория Ю. Д. Кропотова. Исследования ведутся совместно с коллективом ученых под руководством финского профессора Р. Наатанена, который открыл так называемый механизм непроизвольного внимания. Чтобы понять, о чем идет речь, представьте ситуацию: охотник крадется по лесу, выслеживая добычу. Но он и сам является добычей для хищного зверя, которого не замечает, потому что настроен только на поиск оленя или зайца. И вдруг случайный треск в кустах, может быть, и не очень заметный на фоне птичьего щебета и шума ручья, мгновенно переключает его внимание, подает сигнал: «Рядом опасность». Механизм непроизвольного внимания сформировался у человека в глубокой древности, как охранный механизм, но работает и сейчас: например, водитель ведет машину, слушает радио, слышит крики детей, играющих на улице, воспринимает все звуки окружающего мира, внимание его рассеянно, и вдруг тихий стук мотора мгновенно переключает его внимание на машину - он осознает, что с двигателем что-то не в порядке (кстати, это явление похоже на детектор ошибок).
Тайны мозга еще ждут своего часа Мы часто забываем очевидное: человек - это не только мозг, но еще и тело. Нельзя понять работу мозга, не рассматривая все богатство взаимодействия мозговых систем с различными системами организма. Иногда это очевидно - например, выброс в кровь адреналина заставляет мозг перейти на но
|