Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Азимов Айзек

Два очень важных ощущения, — важных и специализированных, — зрение и слух, имеют в своем распоряжении специально зарезервированные для этого доли. Это участок височной доли, расположенный непосредственно книзу от сенсорной области, служащий для восприятия и обработки слуховых ощущений и называемый поэтому слуховой областью, и затылочная доля, в которой расположена зрительная область коры головного мозга. Зрительная кора расположена на самых задних участках коры обоих полушарий головного мозга.

Как я уже говорил, в коре головного мозга расположены около 10 миллиардов нервных клеток. Все они способны претерпевать химические и электрические изменения, передавая нервные импульсы. (Они не делают этого только в случае гибели.) Отдельная нервная клетка передает нервный импульс только после стимуляции и только в те, возможно, достаточно редкие промежутки времени, когда изменяется ее электрический потенциал. Однако в каждый данный момент времени разряжается изрядная доля всех 10 миллиардов нервных клеток. Поэтому в целом головной мозг активен постоянно.

В обычных условиях информация об ощущениях постоянно поступает в головной мозг, а двигательные команды постоянно направляются от мозга к периферии. Даже если какие-то сигналы об определенных ощущениях не поступают в мозг, если вы находитесь в непроницаемой темноте и в полной тишине, если вам нечего нюхать или пробовать па вкус, если вы парите в невесомости, то даже в этом случае какие-то ощущения все равно возникают в мышцах и суставах. Эти ощущения сообщают вам об относительном положении в пространстве ваших конечностей и туловища. Но даже если вы будете лежать в состоянии полного расслабления, не совершая никаких произвольных движений, то сердце все равно будет продолжать качать кровь, грудная клетка совершать дыхательные движения и так далее.

Не удивительно, что в любое время дня и ночи, при бодрствовании и во сне, мозг любого живого существа, а не только человека, является источником множества различных электрических потенциалов. Впервые они были обнаружены в 1875 году английским физиологом Ричардом Кэйтоном. Он прикладывал электроды к обнаженной поверхности головного мозга живой собаки и регистрировал при этом очень малые по амплитуде токи. В течение последующих пятидесяти лет техника усиления этих незначительных сигналов была усовершенствована. В 20-х годах XX века стало возможным регистрировать эти потенциалы сквозь толщу кожи и костей, покрывающих головной мозг.

В 1924 году австрийский психиатр Ганс Бергер наложил электроды на кожу головы больного и обнаружил, что при использовании чувствительного гальванометра можно выявить электрические потенциалы. Свою работу на эту тему он опубликовал только в 1929 году. С тех пор использование более сложной техники сделало это исследование рутинным. Процесс измерения токов головного мозга был назван электроэнцефалографией («электрической записью мозга», греч.) .Прибор, используемый для этой цели, был назван электроэнцефалографом, а запись электрической активности мозга — электроэнцефалограммой. Сокращенно электроэнцефалография называется ЭЭГ.

Электрические потенциалы мозговых волн (как были названы обнаруженные флуктуации потенциала) находятся в диапазоне милливольт (тысячных долей вольта) и микровольт (миллионных долей вольта). С самого начала своего исследования Бергер заметил, что потенциалы флуктуировали в определенном ритме. Правда, форма этого ритма оказалась весьма не простой, однако удалось выявить несколько типов ритма, образующих окончательную форму мозговых волн.

Самому заметному типу ритма Бергер дал наименование альфа-ритма или альфа-волн. Альфа-волны характеризуются амплитудой около 20 микровольт и частотой следования около 10 в одну секунду. Альфа-ритм проявляется особенно отчетливо, когда испытуемый сидит в спокойной позе с закрытыми глазами. Поначалу предположение Бергера о том, что этот ритм задается целостным мозгом, казалось вполне приемлемым. Увеличение чувствительности применяемых методов регистрации ЭЭГ пошатнули такое представление. К черепу начали прикладывать все большее число электродов в самых различных местах, расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, делящей головной мозг на две половины в направлении спереди назад. В настоящее время принято регистрировать потенциалы с 24 электродов, определяя разность потенциалов между любыми двумя из них. На основании этих измерений было установлено, что альфа-ритм сильнее всего выражен в затылочной области, которая соответствует месту мозга, где расположены центры зрительного анализатора.

Когда глаза открыты, но взор направлен на бесформенный источник света, регистрируются альфа-волны. Если, однако, перед взором возникает подвижная оформленная картина, то альфа-ритм исчезает или подавляется более выраженным ритмом. Через некоторое время, если в поле зрения не происходит ничего нового, альфа-ритм восстанавливается. Возможно, что альфа-волны представляют состояние готовности, в котором находится зрительная кора, при минимальной стимуляции. (Это похоже на то, как человек переминается с ноги на ногу или барабанит пальцами по столу в ожидании слов, которые побудят его к действию.) Поскольку зрение является нашим основным чувством и обеспечивает нас большим объемом информации, чем все остальные органы чувств, вместе взятые, и эта информация постоянно заставляет наш мозг работать, постольку не удивительно, что альфа-волны доминируют в ЭЭГ покоя. Когда глаза начинают выполнять свою функцию и поставлять мозгу зрительную информацию, и за работу принимаются также и клетки зрительной коры, то ритм ожидания исчезает. Если зрительная картинка перестает изменяться и мозг до конца выявил ее суть, ритм ожидания возвращается. Однако мозг не может ждать до бесконечности. Если человек долго пребывает в отсутствии сенсорной стимуляции, то у него начинаются трудности с мышлением или концентрацией внимания, и могут даже начаться галлюцинации (словно мозг, не получая реальную информацию, начинает создавать свою собственную). Эксперименты, проведенные в 1963 году, показали, что у человека, проведшего две недели без сенсорной стимуляции, происходит ослабление альфа-ритма и уменьшение амплитуды его волн.

Кроме альфа-волн, существуют еще бета-волны, частота которых выше — 14–50 в секунду, а колебания потенциала имеют меньшую амплитуду, чем альфа-волны. Есть еще медленные и имеющие высокую амплитуду тета-волпы.

ЭЭГ предоставляет в распоряжение физиологов массу загадочных данных, многие из которых они до сих пор не в состоянии интерпретировать. Например, существуют возрастные различия ЭЭГ. Мозговые волны можно выявить у плода в утробе матери, хотя они имеют очень низкий вольтаж и частоту. Это положение постепенно изменяется с возрастом, но «взрослые» характеристики появляются у ЭЭГ лишь к 17 годам. Форма ЭЭГ изменяется также при засыпании и пробуждении, то же самое происходит и во время сна, предположительно в моменты появления сновидений. (Характерным ЭЭГ-проявлением фазы быстрых движений глаз является возникновение дельта-волн.) В противоположность всем этим различиям, ЭЭГ разных видов животных по своим характеристикам очень похожи друг на друга и на ЭЭГ человека. Таким образом, головной мозг, вне зависимости от биологического вида его носителя, работает по единому для всех механизму.

Что же касается анализа ЭЭГ, то можно провести аналогию с воображаемой ситуацией, когда всех людей па Земле одновременно прослушивают из какой-либо точки космического пространства. Возможно, на фоне равномерного гула можно выявить резкое периодическое усиление шума при оживлении уличного движения в часы пик, вечерних гуляний или уменьшение шума во время ночного сна. Пытаться получить какую-то информацию о тонких деталях работы головного мозга из ЭЭГ — это все равно что пытаться на основании шума голосов всех люд» и на нашей планете проанализировать их отдельные разговоры.

Но ученые все же не теряют надежду выиграть сражение. На поле битвы призваны специально разработанные для этой цели сложные компьютеры. Если в окружающей среде вызвать малое изменение какого-либо параметра и направить информацию об этом изменении в мозг, то можно предположить, что это изменение вызовет какое-то малое изменение характеристик ЭЭГ. Однако в этот момент мозг одновременно занимается обработкой всей прочей поступившей в него информации, и малое, целенаправленно вызванное изменение останется незаметным на фоне других волн. Тем не менее если этот процесс повторять множество раз подряд, то при использовании соответствующей компьютерной программы можно усреднить амплитуды всех волн и сравнить форму усредненной волновой активности мозга в моменты изменения внешнего сигнала с формой усредненной волновой активности в моменты, когда такое изменение отсутствует. При достаточном числе циклов можно будет выявить и зарегистрировать устойчивое отклонение.