Электростимуляция мозга in vivo
В начале 1870-х годов появились публикация о том, что двое берлинцев, Густав Фритч и Эдуард Хитциг, провели ряд экспериментов на открытом мозге собак. Стимулируя электричеством различные точки мозга, учёные добивались того, что собаки дёргали лапами и скалили зубы.
Эти эксперименты доказывали, что электричество может возбуждать кору мозга, и давали некоторое представление о расположении центров движения и ощущений.
Несмотря на убедительные демонстрации, эти работы произвели впечатление не на всех, в основном потому, что эксперименты проводились над низшими животными. Несомненно, человеческий мозг имел отличия, возможно, весьма значительные. Для того чтобы убедительно доказать существование локальных зон в мозге человека, учёным требовался «настоящий пациент».
Такой пациент, вернее, пациентка нашлась в 1874 году в Огайо. Последовавшие события могли бы войти в историю как торжество медицины XIX века, но вместо этого стали ярким примером научной гордыни и злоупотребления долгом.
К врачу Робертсу Бартолоу (Roberts Bartholow) обратилась слабоумная тридцатилетняя ирландская горничная Марта Рафферти, в ранней юности та упала в огонь и так сильно обожгла скальп, что волосы так и не отросли. Она скрывала свои шрамы париком, но в декабре 1872 года под ним развилась злокачественная язва. Марта думала, что виной тому был жёсткий каркас парика, вреза́вшийся в кожу; но Бартолоу распознал раковую опухоль. Так или иначе, когда Рафферти была госпитализирована в январе 1874 года, в её черепе образовалась двухдюймовая дыра, и ошеломлённый Бартолоу мог наблюдать пульсацию её теменных долей.
Воспользовавшись слабоумием пациентки, Бартолоу получил её согласие на исследование мозга микротоками. Этот эксперимент подтвердил предыдущие выводы Густава Фрича и Эдуарда Хитцига. И, хотя некоторые полагают, что этот эксперимент дал старт неврологическим исследованиям, Бартолоу подвергся серьёзной критике за использование Марты Рафферти в качестве подопытного и вторжения в «священный о́рган».
Применяя пару электролитических игл, втыкаемых в твёрдую мозговую оболочку и подлежащие ткани, Бартолоу раздражал открытые участки мозга слабым электрическим током. Он заметил, что это вызывало движения в соответствующих частях тела Рафферти. Низкий электрический ток, который он прикладывал к мозгу, похоже, не причинял ей боли. Однако, когда Бартолоу применил более сильные токи, Рафферти испытала судороги и впала в кому. Она вышла из комы через три дня, но на следующий день у неё начался сильный приступ, и она умерла. После её смерти Бартолоу провёл вскрытие и изучил раны от игл. Следы на ранах были заполнены сжиженным веществом головного мозга, это означало, что раны вызвали образование глиального рубца.
Сам он описал эксперимент следующим образом: «Когда игла проникла в мозговое вещество, пациентка пожаловалась на острую боль в шее. Чтобы получить более чёткие реакции, сила тока была увеличена... её лицо выразило сильное страдание, и она начала плакать. Вдруг её левая рука вытянулась, как будто для захвата какого-то предмета перед ней; по руке пробежали судороги; её глаза стали неподвижными, зрачки расширились; губы посинели, на них появилась пена; дыхание стало неровным; наконец она потеряла сознание и по левой стороне тела прошли конвульсии. Судороги длились пять минут и сменились обмороком. Рафферти пришла в сознание через двадцать минут и пожаловалась на слабость и головокружение».
Результаты опытов Бартолоу опубликовал в своей работе «Экспериментальные исследования функций органов человеческого мозга» в апреле 1874 г. Эта публикация была положительно рассмотрена Ферье, который нашёл наблюдения Бартолоу вполне соответствующими результатам собственных опытов на мозге обезьян.
Однако, это известие вызвало и другую реакцию. Врачи по всему миру выражали своё возмущение. Хотя Бартолоу утверждал, что он получил согласие Рафферти, критики отметили, что тот сам же описал Рафферти как «слабоумную», и это ставило под сомнение её способность понимать последствия предложенных экспериментов.
Главным же образом его подвергали резкой критике за проведение экспериментов без намерения исцеления пациента, за то, что он проводил эксперимент без применения анестезии, и до тех пор, пока у Рафферти не произошло нескольких приступов, и она не потеряла сознание.
Бартолоу оправдывался, что его действия не стали причиной смерти Рафферти, хотя и признал, что причинил ей некоторую травму. Раздосадованный, но упорствующий, он несмотря на все благочестивые протесты, считал что он доказал, то что, и намеревался доказать: в человеческом мозге есть отделы для специализированных функций, которые учёные могут исследовать с помощью электричества.
Хотя Бартолоу был осуждён Американской медицинской ассоциацией за свои эксперименты, его карьера не пострадала. Он продолжал публиковать книги и статьи, и его практика оставалась весьма популярной. В 1893 году он даже получил звание почётного профессора в Медицинском колледже Джефферсона в Филадельфии.
Общественная реакция, вероятно, затормозила ход исследований на живом человеческом мозге, так как другие учёные не желали себе сомнительной славы экзекуторов очередной Марты Рафферти.
Хотя некоторые исследователи (например, Харви Кушинг) продолжали зондировать живой мозг электричеством, в следующие несколько десятилетий работа продвигалась очень неравномерно. А для полной реабилитации этой области исследований понадобился человек масштаба Уайлдера Пенфилда (Wilder Graves Penfiel).
На первый взгляд, его работа напоминала эксперименты Бартолоу на Марте Рафферти, так как Пенфилд пользовался электричеством для возбуждения поверхности открытого мозга. Однако Пенфилд применял более низкое напряжение, и вместо того, чтобы просто электрифицировать мозг и посмотреть, что из этого выйдет, он чутко взаимодействовал с каждым пациентом. Аккуратно стимулируя разные участки коры мозга, он спрашивал, какие чувства испытывает человек. Когда тот что-то чувствовал, Пенфилд опускал маркёр – нумерованный кусочек конфетти – на квадратный миллиметр ткани, а ассистентка за стеклянной перегородкой записывала результат.
На основе ответных реакций осуществлялось картирование мозга. Когда Пенфилд раздражал участки зрительной коры, пациенту могли видеться линии, тени или кресты – составные элементы зрения. Если он стимулировал слуховую кору, пациент мог слышать звон, шипение или топот.
Целью этого неврологического зондирования было не простое любопытство. Прежде всего, Пенфилду требовалось найти участки мозга ответственные за возникновение эпилептических припадков с целью их последующего удаления.
И что очень важно, в результате Пенфилд знал, какие области мозга не следует удалять. Проводя операции, он всегда старался держаться в стороне от центров движения и речи у пациента. Определение границ запретных участков стало обязательным условием операций.
Такой подход позволил Пенфилду с исключительной детализацией картировать двигательные и тактильные центры мозга. До Пенфилда учёные не догадывались, что территория лица находится рядом с территорией руки или что лицо, губы и руки представлены огромными территориями. Эти открытия продемонстрировали, как необычно представление мозга о собственном теле.
Для пущей наглядности Пенфилд нарисовал своего знаменитого «моторного гомункулуса» – карикатурное изображение того, как бы выглядели люди, будь размер каждой части тела пропорционален размеру территории коры головного мозга, которая ею управляет. Получается, что мы имели бы тоненькие ноги, раздутый язык и огромные перчатки вместо кистей рук: внутри мозга все мы похожи на неудачные скульптуры Джакометти.
Позднее выяснилось, а́тлас человеческого мозга, составленный Пенфилдом, был идеализированным. К примеру, языковой узел у одного человека может находиться на несколько сантиметров выше или ниже, чем у другого. И даже у одного и того же человека он постоянно смещается. Пенфилд сам отметил это у пациентов, подвергавшихся повторным операциям. Выяснилось, что вопреки ожиданиям большинства учёных, каждый мозг и каждый разум обладает уникальной географией. И эта география непрерывно меняется, поскольку территории мозга дрейфуют, как континентальные плиты. [6]
Однако, не всё поддавалось картированию. Ещё американскому нейробиологу Карлу Лешли удалось убедить научное сообщество в том, что высшие когнитивные функции представляют собой результат «массового действия» нейронов, и, следовательно, не поддаются локализации.
Первоначально он исходил из предположения о равнозначности разных участков. В своей книге «Механизмы мозга и интеллект» (Brain Mechanisms and Intelligence) опубликованной в 1929 году, учёный отстаивал два важнейших принципа:
• принцип массового действия – состоит в том, что некоторые типы обучения задействуют весь головной мозг вцелом. Этот принцип противоположен представлениям, что каждая психическая функция локализована в определённой зоне коры. Лешли экспериментально удостоверился, в невозможности локализовать механизмы памяти в каком-то из отделов мозга, то есть память распределена в коре головного мозга.
• принцип эквипотенциальности (равноценности) – состоит в том, что при повреждении участков коры головного мозга, ответственных за определённые органы чувств, другие участки мозга могут брать на себя функции повреждённых зон.
В общем, Лешли весьма авторитетно отстаивал несостоятельность представлений о мозговой локализации, противопоставляя ей положение о пластичности высших отделов головного мозга и функциональной многозначности его структур. К чести учёного, позднее он смягчил своё крайне негативное отношение к принципу локализации.
Карл Лешли отдал тридцать лет своей плодотворной жизни попыткам раскрыть природу следа памяти в мозге. Он охотился за энграмой – записью этого следа. Иначе говоря, «структурным следом, который психический опыт оставляет на протоплазме». Безуспешные поиски закончились тем, что Лешли стал иронично подсмеиваться над собственными усилиями, лукаво задаваясь вопросом, способны ли животные и даже люди вообще обучаться. [2]
.