Дуэль нейрохирургов. Как открывали тайны мозга и почему смерть одного короля смогла перевернуть науку - Сэм Кин

Детский мозг может легко перестраиваться и образовывать всевозможные новые связи; поэтому дети, как губки, впитывают языковые навыки и многое другое. Но почти до конца прошлого века неврологи считали перестройку взрослого мозга невозможной – отчасти благодаря работам Сантьяго Рамон-и-Кахаля.

Кахаль в течение десяти лет травмировал нервы и нейроны у животных, проверяя способность этих тканей к восстановлению. Он обнаружил, что периферические нервы часто регенерируют (это объясняет, почему хирурги могут пришивать оторванные руки, ноги и пенисы и возвращать их в рабочее состояние). Но нейроны в мозге взрослого существа никогда не вырастали снова. Это привело Кахаля к однозначному выводу, что «в мозге взрослых особей нервные связи являются жесткими и неизменными. Все может умереть, но ничто не может регенерировать».

Другие наблюдения подтверждали пессимизм Кахаля. По сравнению с детьми, взрослым гораздо труднее усваивать новые навыки, в том числе языковые, что является признаком нейронного склероза. А если взрослый человек переживает инсульт или другую травму мозга, он может навсегда утратить определенные навыки, потому что утраченные нейроны не восстанавливаются.

Более того, отсутствие нейронной пластичности у взрослых имело смысл с эволюционной точки зрения. Если бы мозг взрослого человека изменялся с большой легкостью, то нейронные цепи, отвечающие за важные схемы поведения и воспоминания, могли бы распадаться, а знания и навыки улетучиваться. По замечанию одного ученого, абсолютно пластичный мозг «усваивает все, но не запоминает ничего».

Все это правда. Но неврологи немного поспешили, когда объявили, что мягкая и податливая глина младенческого мозга уступает дорогу прочной, но хрупкой керамике взрослого. Даже если зрелый мозг не может выращивать новые нейроны (18) или чинить поврежденные, это не значит, что все нейронные цепочки являются жесткими и неизменными. При надлежащей тренировке нейроны могут изменять свое поведение и способы передачи информации. Старые соединения могут усваивать новые поразительные способности.

В конце 1960-х годов дегенеративное заболевание глаз поразило сетчатку шестнадцатилетнего уроженца штата Висконсин Роджера Бема и ослепило его. Сорок лет спустя он взял буклет об аппарате «замены зрения», сооруженном местным ученым.

Устройство состояло из черно-белой видеокамеры, укрепленной на лбу, с лентой проводов, ведущих в рот. Провода заканчивались треугольным зеленым электродом размером с почтовую марку, лежащим на языке. Камера передавала образы на этот электрод, который превращал каждый пиксель в электрический сигнал, напоминающий пузырек газированной воды: белые пиксели сильно пощипывали язык, черные были нейтральными, а серые занимали промежуточное положение. Предполагалось, что Бем будет пользоваться «языковыми» образами для взаимодействия с окружающим миром.

Как можно ожидать, сначала у него ничего не получалось. Тем не менее он довольно быстро научился отличать движение от неподвижности. Вскоре после этого он начал воспринимать круги, треугольники и другие фигуры евклидовой геометрии. Постепенно он дошел до обычных предметов, таких как чашки, стулья и телефоны. Через некоторое время он научился различать логотипы на футбольных шлемах, сортировать игральные карты по мастям и огибать несложные препятствия. Другие слепые люди учились пользоваться зеркалами, различать перекрывающиеся предметы или следить за танцующим пламенем свечи.

Пол Бах-и-Рита, изобретатель этого устройства, пришел в неврологию кружным путем. (Хотя Бах-и-Рита был уроженцем Бронкса, он имел составную каталонскую фамилию, как Рамон-и-Кахаль.) Бах-и-Рита на спор поступил в медицинскую школу в Мехико, но потом забросил медицину и занялся разными временными работами, в том числе был массажистом и рыбаком во Флориде. Он также учил анатомии слепых людей, которые хотели стать массажистами, что помогало им понять, как нужно взаимодействовать с пациентами. (Слепые, имея обостренное чувство осязания, становятся превосходным массажистами.) В конце концов он вернулся в медицинскую школу и стал работать со слепыми пациентами.

Детский мозг может легко перестраиваться и образовывать всевозможные новые связи.

Но настоящую цель своей жизни Бах-и-Рита обнаружил лишь после того, как его отец Педро перенес обширный инсульт в 1959 году, в результате которого он лишился речи и остался наполовину парализованным.

Педро отправили в реабилитационную клинику, но, когда стало ясно, что дальнейшего улучшения не предвидится, врачи объявили его безнадежным и предложили перевести в хоспис, так как не видели возможности восстановления для поврежденного мозга. Этот фатализм, довольно часто встречавшийся в клиниках того времени, рассердил брата Пола, врача по имени Джордж, который разработал свой режим реабилитации.

Режим был жестким: сначала Джордж заставлял Педро ползать, как младенец, и учиться двигать конечностями перед тем, как постепенно встать на ноги. Затем он приставил Педро к мелким домашним работам вроде подметания крыльца или мытья кастрюль и сковородок. Педро прилагал большие усилия, и хотя сначала прогресс казался незначительным, повторяющиеся движения в конце концов привели к перестройке его мозга: он не только восстановил способность ходить и разговаривать, но и возобновил преподавательскую работу, повторно женился и снова начал ходить в пешие походы.

Лишь семь лет спустя Педро умер от сердечного приступа во время похода в горах Калифорнии в возрасте семидесяти трех лет. Вскрытие выявило обширные и долговременные повреждения, особенно в белом веществе, обеспечивавшем связь разных участков серого вещества друг с другом. Но важно отметить, что серое вещество по-прежнему работало. Его мозг оказался достаточно пластичным для прокладки новых маршрутов через поврежденную ткань, что вернуло ему способность ходить и говорить.

То есть вместо отправки сигнала из точки A в точку B теперь он отправлялся из точки A в точку C, а оттуда в точку B. Это был не самый эффективный маршрут, но он улучшался со временем по мере того, как ментальные «колеи» становились глубже.

Воодушевленный Пол Бах-и-Рита прошел курсы повышения квалификации в области неврологии и реабилитационной медицины и тоже решил исследовать пластичность мозга, особенно возможность частичного восстановления зрения у слепых людей. В его первом «мозговом шлюзе» использовалась ручная видеокамера; она проецировала образ на спину наблюдателя с помощью вибрирующих тефлоновых стержней, вделанных в зубоврачебное кресло.

При разрешении всего лишь четыреста пикселей образы выглядели как плохо сфокусированная черно-белая картинка в телевизоре. Тем не менее этот эксперимент позволил различать людей по их прическам и лицам, включая супермодель 1960-х годов Твигги. (При этом пациенты пожимали плечами, когда им показывали разворот «Плейбоя»: осязание в некоторых случаях одерживает верх над зрением.).

Когда микропроцессоры стали достаточно миниатюрными, Бах-и-Рита изготовил приборы для стимуляции языка, одной из наиболее чувствительных тактильных зон человеческого тела. (Слюна также лучше проводит ток, чем кожа, что уменьшает необходимое напряжение.) Эти приборы приобрели популярность в научной среде, когда ученые стали сканировать мозг пациентов, пользовавшихся ими.

Сканы показали, что хотя визуальная информация поступает через язык, зрительные центры мозга проявляют высокую активность. С неврологической точки зрения такой способ ввода был неотличим от «зрения». В психологическом отношении пациент тоже испытывал тактильные ощущения на языке как визуальные образы.

Повторяющиеся движения в конце концов приведи к перестройке мозга.

Слепые люди, пользовавшиеся таким устройством, воспринимали предметы как формы в пространстве перед ними, а не у них на языке. Они уклонялись от брошенных мячей и различали ближние и дальние предметы по воспринимаемому размеру. Они даже становились жертвами некоторых оптических иллюзий, например, «эффекта водопада». Если вы в течение нескольких секунд смотрите на движущуюся массу (например, на водопад), а потом отводите взгляд, то кажется, будто неподвижные предметы движутся сами по себе. Устройство Бах-и-Риты создавало такое же головокружительное ощущение у слепых людей, что было очередным доказательством их латентной зрительной способности.

Между тем группа Бах-и-Риты разработала другие устройства замены сенсорного ввода. Прокаженному, утратившему чувство осязания в руках (проказа разрушает нервы), надевали специальную перчатку, посылавшую тактильную информацию на лоб; через несколько минут он мог почувствовать трещины на столе и провести различие между деревянными дровами, гладкими алюминиевыми трубками и мягкими рулонами туалетной бумаги. Бах-и-Рита также работал над «электрическими презервативами». У многих парализованных мужчин сохраняется эрекция, хотя при этом они ничего не чувствуют, и если устройство будет работать успешно, оно сможет посылать электрические волны оргазма в их мозг.