Текст книги "Занимательная биология"
Автор книги: Игорь Акимушкин
Жанр:
Биология
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 24 страниц)
Глава VII
Чем люди думают
«Спинной мозг, покрытый шишками»
Так, говорит Вулдридж, один студент ответил на вопрос, что такое головной мозг.
Неизвестно, каким баллом оценили знания юноши, но в остроумии ему отказать нельзя.
В самом деле. Взгляните на рисунок. Непосвященному ясно – мозг головной продолжение и расширение мозга спинного. Его верхнего конца, если речь идет о человеке. (Если о любом четвероногом, тогда переднего.) Экономная природа была поставлена здесь перед задачей: вместить как можно больше мозгового вещества в пространство, весьма ограниченное. Наверное, отсюда это причудливое нагромождение всякого рода складок и шишек. Каждая мельчайшая складочка и шишечка получила свое название. Хороший анатом и физиолог ориентируется в них, как старожил в родном городе. Чтобы не заблудиться в этом «городе» и в дальнейшем ясно представлять, о чем идет речь, несколько главных его «районов» и даже «улиц» постарайтесь запомнить.
Ствол. Все, что останется от мозга, если снять полушария и мозжечок. Это, так сказать, Старо Място [42]42
Старо Място– старый город – старые районы Варшавы и Праги, вокруг которых разрослись в дальнейшем города.
[Закрыть] – в нашем «городе». Самая древняя часть мозга. Эволюция почти не затронула его. Этого не скажешь о «новых кварталах» – полушариях. Не один десяток моделей сделала природа, прежде чем достигла совершенства: сотворила полушария человеческого мозга.
«Новые кварталы» здесь так обширны, что старых за ними и не видно. Собственно, разрослась главным образом «новостройка» самых последних этапов эволюции, так называемая кора мозга. В ней вся сложность и все богатство духовной жизни человека. Познание окружающего мира методами философскими и научными, душевные переживания, любовь, совесть, отвага, успехи науки, искусства и политики – это все результаты работы слаженного и точного механизма, именуемого корой человеческого мозга.
Если помните, задача стояла сложная – вместить большее в меньшее. И если, начиная «строить», природа проявила неуемную щедрость и отвела под ствол и древние отделы полушарий большую часть черепа, то когда дело дошло до коры, стало ясно, что она слегка просчиталась. Места оставалось мало, а сделать нужно было едва ли не больше того, что уже сделано. Пришлось ухищряться. Лепить, надстраивать, ужимать, собирать в складки.
Складки коры анатомы назвали извилинами. А щели между ними – бороздами. Создание борозд и извилин было остроумным выходом из положения. Во всяком случае, таким способом природе удалось в очень малом пространстве разместить 15 миллиардов нервных клеток – основную «рабочую силу» коры. Кстати, около 70 процентов всей поверхности коры (а она равна 2500 квадратным сантиметрам) спрятано в глубине борозд.
В головном мозгу два полушария. Они отделены друг от друга продольной бороздой. Это, можно сказать, майн стрит, главная улица мозга. Она рассекает его вдоль. А поперек мозг делит центральная борозда. Точнее, каждая из центральных борозд – их две – рассекает пополам свое полушарие. Так как полушария симметричны, то построены они по одному плану. И все борозды, извилины и доли существуют в двойном наборе. Только «постройки», скажем, левого полушария – зеркальное отображение «построек» правого. Перед центральной бороздой лежит двухсантиметровая полоска мозга, которую назвали прецентральной извилиной. А такую же складочку позади борозды – извилиной постцентральной. Вот, пожалуй, и все «улицы» полушарий, которые нужно знать для первого раза. Дальше нам предстоит познакомиться еще с некоторыми их «микрорайонами». Но, запомнив эти ориентиры, вы не заблудитесь.
Теперь, когда генеральный план «города» нам ясен (ствол, полушария, мозжечок – основные подразделения мозга), мы можем познакомиться с каждым «районом» в отдельности.
О мозжечке много говорить не будем. Скажем только, что это координационный центр всех сложных движений. Впрочем, это давно всем известно.
Продолжим разговор о полушариях. А точнее – о коре. Во-первых, это важно сделать, пока вы еще не забыли того, что о ней было сказано на предыдущей странице. И во-вторых, начинать изучение головного мозга с коры – своего рода традиция. Возможно, потому, что кора самая доступная, а оттого и лучше изученная часть мозга.
Цвет у нее серый. Этим она обязана телам 15 миллиардов нервных клеток, из которых состоит.
Все 15 миллиардов природа собрала в пленку, толщина которой не превышает 3 миллиметров. Но и эти 3 миллиметра она умудрилась расслоить, а среди нейронов установила строгое разделение труда. Самый интересный из слоев коры – пятый (а всего их в коре шесть). Он состоит из громадных, по 130 микрон [43]43
Диаметр обычных нейронов головного мозга не превышает 4–6 микрон.
[Закрыть] в диаметре, клеток, которые похожи на пирамиды с отростками. Эти нейроны так и назвали – гигантские пирамидные клетки или гигантские клетки Беца, по фамилии ученого, который первым их описал. Длинные аксоны этих клеток собираются в пучки и уходят в ствол и в спинной мозг. По ним от коры бегут двигательные команды ко всем мышцам. Поэтому гигантские пирамидные клетки называют двигательными нейронами, и их больше всего в участках коры, которые заведуют движениями тела.
А там, куда поступают сигналы от органов чувств, лучше всего развит третий и четвертый слои. Третий сложен тоже из пирамидных клеток (но разносортных), а четвертый – из зерновидных. Нейроны этих слоев называют чувствительными.
Три других слоя в основном контактные, или промежуточные: через них налаживается «взаимопонимание» между клетками разных участков коры.
Под 3 миллиметрами серого вещества лежит белое. Из этих двух материалов вылеплены все отделы головного мозга. Располагаются они в мозгу в разных комбинациях и сочетаниях. Но значение каждого из них от этого не меняется. Серое вещество, как мы теперь знаем, – скопление нейронов [44]44
Если говорить более точно, нейроны – главная составная часть серого вещества и основная его «рабочая сила». Однако, кроме нейронов, серое вещество состоит из сети мелких кровеносных сосудов и клеток, выполняющих различные вспомогательные функции, например поддержание определенной химической среды, необходимой для нормальной работы нейронов.
[Закрыть] . Белое – только аксоны, собранные в пучки. Это своего рода кабели, через которые разные части мозга обмениваются информацией. Какую же информацию получают и рассылают нейроны коры. Одинакова ли она в разных ее участках?
Гитциг и Фрич были первыми, кому в 1870 году кора дала на эти вопросы четкий ответ. Правда, «вопросы» задавались в не очень деликатной форме. Кору раздражали электрическим током. Но цель оправдала средства. Результаты поразили всех. «Залп» импульсов, посланный в один участок, шевельнул хвост (поскольку кора принадлежала собаке). Импульсы, адресованные другим ее участкам, заставили согнуться лапу, дернули веко… Значит, решили ученые, в коре есть центры, которые командуют всеми движениями тела. Так и оказалось.
Позднее такая же двигательная зона была обнаружена и в коре человека, в прецентральной извилине. Командные пункты природа расположила в определенном порядке. Точки, управляющие движением пальцев ног, лодыжки, колена, бедра, туловища, плеча, локтя, запястья, следуют друг за другом, строго по очереди.
На поверхность мозга, на прецентральную извилину, можно спроецировать все тело. Полученная картина, ее назвали «гомункулюсом» («маленьким человечком»), даст очень наглядное представление о том, какая часть прецентральной извилины за какое движение отвечает. «Человечек» будет перевернут вверх ногами. У него огромная голова, непомерно большой рот, громадная кисть и малюсенькое туловище. Такая диспропорция произошла оттого, что, распределяя участки мозга, ответственные за движения разных частей тела, природа учитывала сложность управления их мышцами. Движения туловища просты. И в коре участок, отвечающий за них, невелик. Чуть побольше нейронов отведено для управления ногами. Но зато кисть, пальцы и рот «занимают» едва ли не две трети всей извилины. И это понятно. Вспомните, какие сложные и тонкие движения им доступны [45]45
Интересно, что в коре мозга свиньи первенство держит область, соответствующая рылу, а у лошади храп, вернее кожа, окружающая ноздри, «занимает» в коре столько же места, сколько все остальное тело.
[Закрыть] .
Полушария симметричны, и следовательно, у «гомункулюса», скажем, правого полушария, есть зеркальный антипод в левом. Каждый из них управляет движениями противоположной половины тела: левый «гомункулюс» правым боком, а правый – левым.
У «маленького человечка» прецентральной извилины есть двойник в извилине постцентральной. Но он не «двигательный», а чувствительный. В буквальном смысле. В него приходят сигналы от всех осязательных рецепторов кожи. Чувствительный «гомункулюс» лежит строго параллельно двигательному. И если он «почувствует», скажем, укол в мизинец левой руки, то сразу же сообщит об этом двигательному «гомункулюсу», тем его нейронам, которые приводят в движение мизинец левой руки. И они отдадут приказ мышцам: отдернуть мизинец от иголки.
Так как по-латыни чувство – sens, то постцентральную извилину назвали сенсорой, то есть чувствительной, точнее, зоной кожной чувствительности.
Если прогуляться по соседним кварталам мозга, можно найти еще несколько сенсорных зон. У всех органов чувств есть в коре свои посольства. В затылочной доле – посольство зрительных нервов. Ее так и называют – зрительная сенсорная зона. В центре височной коры – представительство слуха. А вкус и обоняние, как недавно выяснилось, присылают своих «послов» тоже в височную долю, только поближе к сильвиевой борозде, которая отделяет височную долю от остального полушария.
Значит, без коры нам ни шагу ступить, ни слова молвить?
Так? Не совсем так. И даже совсем не так. Собака, например, без коры может жить год. Будет стоять, ходить, лаять. Отдергивать лапу, если ее уколют. Глотать мясо, если его вложат в рот. Правда, «сознательно» искать это мясо, прятаться от врагов и отзываться на кличку не будет.
У человека тоже без особой опасности для жизни можно удалить, например, прецентральную извилину. (Разумеется, на людях специально подобных опытов не ставят, но иногда при всяких мозговых повреждениях хирурги вынуждены это делать.)
Так вот о человеке с удаленной прецентральной извилиной. Он не умирает. У него только перестают получаться сложные и тонкие движения. Но грубые – остаются. А все потому, что осторожная природа, не доверяя коре, отделу новому и еще недостаточно испытанному, сосредоточила управление всеми жизненно важными функциями в стволе. Здесь центры дыхания, глотания, регуляции сердца… А кора только помогает стволу выполнять все это более тонко и точно. Но главным образом 15 миллиардов ее нервных клеток природа предназначила для того «увлекательного занятия», которое мы называем высшей интеллектуальной деятельностью.
Мышление, речь, память, сложные переживания – вот, пожалуй, основные аспекты этого «увлекательного занятия».
Сознание – самое таинственное свойство человеческого мозга, еще недавно казалось чем-то нефизическим, лежащим за пределами понимания и не поддающимся количественному исследованию.
Но вот в последние годы биологи и медики, вооружившись физикой, математикой и химией, попытались опровергнуть это убеждение. И довольно успешно. Выяснилось, что мозг работает в полном соответствии с физическими законами природы. А в основе «высших интеллектуальных процессов» лежат какие-то физико-химические превращения.
Математики и физики, добросовестно изучив лучшие книги о мозге, смоделировали некоторые из этих интеллектуальных процессов – элементарное мышление и эмоции. Окрыленные успехами, они обещают вскоре построить робота с электронным мозгом и нервами, но с «человеческим» сознанием, чувствами и разумом. И это не фантастика: достижения последних лет привели «к признанию самого сознания естественным феноменом, при описании и исследовании которого применима система законов и методов естественных наук».
Берегите левое полушарие!
Тридцать лет назад доктор Пенфилд отказался бы делать эту операцию. У пациента была поражена центральная часть левого полушария. Удалить ее – значило лишить больного речи. Во всяком случае, серьезно нарушить ее. Тогда в этом были убеждены все нейрохирурги.
Еще в шестидесятых годах прошлого века французский хирург Поль Брока доказал, что речь контролируется определенным участком коры. Участок этот, по его мнению, лежит на боковой поверхности правого полушария у левшей и левого – у правшей [46]46
Несколькими страницами раньше мы говорили, что полушария симметричны. Это не совсем так. Одно из полушарий всегда немного больше второго – доминирует над ним. Какое доминирует – зависит от того, правша его обладатель или левша. У правшей – больше левое, а у левшей – правое.
[Закрыть] . Брока был известный авторитет. И этот отдел мозга, отведенный им под центры речи, стал для нейрохирургов табу. Между тем больные с поражениями «запретной зоны» продолжали обращаться к врачам. Многие из них вполне толково и обстоятельно могли рассказать о симптомах своего недуга. Речь их нисколько не пострадала от него.
Такие пациенты были и у доктора Пенфилда, руководителя неврологического института в Монреале. Наблюдая за ними, он решил, что Брока ошибся, наложив табу на столь обширную территорию: по-видимому, центры, управляющие речью, занимают в коре гораздо меньше места. Выяснение их точной локализации заняло у Пенфилда и его сотрудников последующие тридцать лет.
Они выбрали метод электрического раздражения. Электрод (обычно это золотая или платиновая проволочка) погружают в мозг. В участок, который исследуют. И пропускают электрический ток. А больной при этом спокойно рассказывает врачу о своих ощущениях. Потому что боли он не чувствует: в мозгу нет болевых рецепторов.
Итак, больной рассказывает врачу о своих ощущениях. Раздражение зрительной коры вызывает у него примерно то состояние, о котором говорят: «искры из глаз посыпались». При раздражении слуховой коры у него шумит в ушах. А «укол» током в речевые центры должен как-то нарушить речь, по аналогии предположил Пенфилд.
Начались поиски этих центров. Вернее, их точных границ.
Прецентральная извилина отпала сразу. Конечно, можно лишить пациента речи, раздражая «губы», «язык» и «гортань» двигательного «гомункулюса». Больной не сумел бы тогда говорить только потому, что перестали бы повиноваться мышцы его губ, языка и гортани.
Пенфилда же интересовало управление мыслительными процессами, лежащими в основе речи.
Электрон введен в височную долю.
– Как вы себя чувствуете? – спрашивает врач больного.
– Хорошо.
– Сможете ответить на несколько вопросов?
– Попробую.
На экране перед пациентом появляется рисунок.
– Что здесь нарисовано?
– Это…
В ту же минуту ассистент включает ток. Больной сразу замолкает, словно электрозалп начисто выбил из его головы знакомое слово.
– Так что же здесь изображено?
Больной подыскивает слова.
– Вы понимаете вопрос?
– Да.
– Вам знаком этот предмет?
– Еще бы! Это… Это то, на что надевают ботинок…
Ассистент выключает ток.
– Нога, – сразу же добавляет больной.
Электрод передвигают на несколько миллиметров выше.
– Теперь посчитайте до двадцати.
– Один, два, три…
Снова «залп» по коре. И сразу же больной сбивается со счета.
– …десять, шесть, пятнадцать…
Ток выключили.
– …шестнадцать, семнадцать, восемнадцать, девятнадцать, двадцать.
И так исследование за исследованием. Тридцать лет.
Три отдела, ответственных за речь, нашел в коре Пенфилд. Раздражение любой точки любого из этих участков вызывает афазию – такое расстройство речи, когда мышцы языка, губ, гортани повинуются человеку, а говорить нормально он не может: нарушается мышление.
Все три области – в левом полушарии. Независимо от того, правша его обладатель или левша. И все три дублируют друг друга.
Ученые, занимающиеся надежностью (проблема номер один в технике!), только недавно сформулировали основные условия, которые ее обеспечивают. Дублирование – едва ли не самое главное из них. А природа учла это миллионы лет назад. Продублировала многие важные органы животных и человека. Для надежной «работы» речи не поскупилась даже на двойной дубль. Поэтому при поражении одной из речевых зон афазия часто не наступает: ведь остались две другие.
Однако не все в этой троице равны по значению. Височная область самая важная. Если ее вывести из строя, обе оставшиеся часто не справляются с задачей. Она же одна может работать за двоих.
Но и дублирования природе показалось мало. Поэтому она сделала кору пластичной: при повреждении специализированных ее участков их работу начинает выполнять соседний, неспециализированный кусочек мозга. Правда, это касается только тех отделов, которые отвечают за интеллект. Пенфилд нашел, например, что у некоторых его пациентов речью управляло даже правое полушарие. Из расспросов выяснилось, что у них в раннем детстве левая половина мозга была серьезно повреждена. И пластичная кора передала бразды правления правому полушарию. Но «обучиться» этому она может лишь в юном возрасте. У взрослых людей такая способность утрачена навсегда.
Если хочешь побывать в детстве…
Установив точную локализацию речевых центров, ученые попытались найти в мозгу центры памяти.
Целая серия остроумных исследований в этом направлении была предпринята вскоре после того, как Пенфилд открыл следующий интересный феномен.
Когда раздражали электричеством нижнюю часть височной коры больного (эта часть мозга была у него поражена) вдруг начинали одолевать воспоминания. Не о том, что когда-то произвело на него впечатление. Вспомнились события незначительные. Но настолько ярко и реально, что слово «воспоминания» даже и не подходило для такого состояния. Скорее человек заново переживал их. Один пациент, магистр наук, увидел себя учеником, не вызубрившим к уроку какой-то латинский стих. Он так волновался, так пытался вспомнить его, словно именно сейчас, сию минуту должен держать ответ перед строгим учителем.
По словам Пенфилда, «это… напоминает демонстрацию киноленты, на которой как бы запечатлено все, что человек некогда осознавал, на что он обратил внимание в тот промежуток времени. Время в этом „фильме“ никогда не останавливается, не поворачивается вспять и не перескакивает на другие периоды».
Такое развертывание шаг за шагом всех событий прошлого идет до тех пор, пока кору раздражают. Раздражение прекратилось – «фильм» оборвался. Можно заставить больного снова увидеть те же «кадры», возобновив раздражение в той же или соседней точке коры.
Самое интересное, что, радуясь и огорчаясь из-за давно минувших событий, больной ни на минуту не забывает о реальной обстановке. Он сознает, что находится в операционной и все, что его волнует, лишь воспоминания. Он верно отвечает на вопросы и все понимает. Он живет сразу в двух мирах.
Открыв этот удивительный феномен, ученые решили было, что центр памяти находится в коре одной из височных долей. Однако ее удаление не вызывало нарушений памяти. Возможно, природа и здесь применила принцип дублирования: второе полушарие брало на себя функции поврежденного. Правда, и когда у больных были оперированы обе височные доли, кое-что в их памяти все же оставалось. По аналогии с речевыми центрами можно было подумать, что здесь вступала в свои законные права пластичность мозга: работу центра памяти начинали выполнять соседние участки коры. Однако опубликованные вскоре исследования на животных поставили под сомнение вопрос о том, кора ли склад памяти.
Декортицированное животное (все связи коры со стволом у него перерезаны) неплохо еще поддавалось дрессировке. Никакое обучение невозможно, если мозг ничего не запоминает. В декортированной коре память сохраняться не могла. Значит, в стволе? Все оказалось сложнее…
Джесси была умница. После тридцати пяти уроков она запомнила, что дверцу с квадратом лучше не открывать: за ней что-то неприятно щелкало по носу. Отворять надо дверцу с кругом – сразу получишь мясо. Как только она усвоила это, люди стали проделывать с ней непонятное. Сначала они завязали ей левый глаз. И снова стали учить различать дверцы. Только теперь на одной был крест, а на другой круг. Джесси усвоила и это. Потом повязку поменяли: наложили ее теперь на «обученный» глаз, и различать дверцы заставили глазом «необученным». Джесси решила эту задачу сразу, хотя и не понимала, для чего нужна повязка.
Дальше пошли и вовсе неприятные вещи. Джесси перерезали зрительную хиазму. Хиазма – значит перекрест. У позвоночных животных и у человека зрительные нервы не идут прямо в мозг, каждый в свою половину. Сначала пучки аксонов обоих глаз сходятся вместе и частично перекрещиваются. Поэтому в затылочную долю, скажем, левого полушария приходят волокна не только левого, но частично и правого зрительного нерва. Соответствующая картина и в правом полушарии. Джесси перерезали хиазму так, чтобы этого перемешивания волокон не было: в левое полушарие поступала теперь информация от левого глаза, в правое – только от правого.
После операции Джесси стала плохо видеть. Однако различать фигуры «необученным» глазом могла не хуже, чем раньше. Джесси была обыкновенная кошка и потому не знала, что ученые Калифорнийского технологического института решили с ее помощью выяснить, где хранится память.
Они рассуждали так.
Кошка легко запоминает фигуры. В этом заслуга зрительной коры. Не будь ее, животное отличало бы только тьму от света. Кора же помогает разобраться в тонкостях. Обучение возможно потому, что мозг запоминает и анализирует удачный и неудачный опыт. Логично предположить, что память хранится там же, где идет осмысливание увиденного в коре. Если так, то в опытах с «обучением» одного глаза после перерезки хиазмы вся зрительная информация должна поступать только в одно полушарие. (Скажем, если «обучен» левый глаз, то в левое.) Тогда «необученным» глазом животное не решит задачу.
Однако Джесси, если вы помните, хорошо справилась с ней и после перерезки хиазмы.
Значит, в ее мозгу следы от «обученного» глаза как-то передавались «необученному».
Таким «перевалочным пунктом» мог быть ствол (в него приходит информация от обоих полушарий) либо сама кора: ведь оба ее полушария соединены мощным кабелем – мозолистым телом. В нем 300 миллионов нервных волокон. Вполне возможно, часть из них служит проводниками, по которым бегут сообщения от «необученного» полушария к «складу» памяти и обратно.
Чтобы выяснить, так ли это, Джесси подвергли еще одной неприятной процедуре. Перерезали мозолистое тело. И тут кошку словно подменили. Она по-прежнему быстро и легко различала фигуры одним глазом. Но когда «обученный» глаз завязывали, вела себя так, словно столкнулась с задачей впервые. Никакого переноса навыка с одного глаза на другой не происходило.
Значит, память хранится в коре и именно в той половине мозга, куда впервые поступает информация. Одновременно в противоположном полушарии волокна мозолистого тела отпечатывают «копию» следа. Копирование происходит в момент обучения. Так что в неоперированном мозгу – всегда двойной набор идентичных следов.
Вот к таким выводам пришли ученые после этих и других сложных опытов (разумеется, помогала им не одна только Джесси).
И вскоре сами же себя опровергли.
На этот раз ради науки мучали обезьяну. У нее тоже раздвоили мозг, перерезав мозолистое тело, и стали дрессировать. Только задача здесь была посложнее. Сначала ее научили различать круг и крест. Потом, когда показывали крест, она должна была тянуть за шершавый рычаг, а увидев круг – за гладкий. Вся сложность-то вот в чем: экспериментаторы сделали так, что обезьяна могла тянуть за рычаг только той рукой, которая управлялась полушарием, не получавшим зрительной информации.
Фигуры «распознавало» одно полушарие, а рычаги – другое. Прямая связь между ними была нарушена, склад зрительных следов не сообщался со «складом» осязательным (через мозолистое тело коры). И все-таки животное справлялось с задачей: каждый раз тянуло за нужный рычаг. Роль координатора памяти выполнял, вероятно, ствол.
Итак, специального центра памяти, кажется, нет. По крайней мере его до сих пор не нашли. Полагают, что следы прошлых событий хранятся в разных отделах мозга: более простые – в стволе, более сложные – в коре. Вполне возможно, что зрительные впечатления записывают оптические центры коры, звуковые – слуховые и так далее.
По-видимому, в мозгу существуют и какие-то механизмы, которые обеспечивают временную синхронизацию зрительных, слуховых и других воспоминаний.
