НЕЙРОТОН, занимательные истории о нервном импульсе (А.Волошин)

НЕЙРОТОН,   ОГЛАВЛЕНИЕ       

История развития методов исследования мозга

Чтобы избежать иллюзий и необоснованного оптимизма относительно того что Человечество знает о работе нервной системы придётся остановиться на методах её исследования.

Способ № 1- поковыряться непосредственно в мозгах

Ещё несколько десятков лет назад неврологи имели только один способ исследования человеческого мозга: дождаться, пока с человеком не произойдёт какое-то несчастье, а потом, если пациент выживет, посмотреть, как изменяется его сознание и восприятие. Несчастные мужчины и женщины, ставшие жертвами инсультов, опухолей, сабельных ударов, неудачных операций и других ужасных инцидентов были единственными источниками све?дений о природе человеческого мозга.

Иногда их тела выживали, но сознание искажалось неожиданным образом. Однако, несмотря на различия, в одном эти изменения всё же были предсказуемы, так как люди с одинаковыми травмами утрачивали одни и те же навыки или способности, что давало ключ к разгадке назначения определённых частей мозга.

Когда Алессандро Вольта изобрёл свой источник электричества, одним из первых экспериментов его воздействия на человека было попробовать электричество на вкус (вероятно, каждый из нас тоже пробовал батарейку на язык). Потом Вольта вставлял электроды в нос и даже, с риском для зрения, прикладывал их к глазам. Так что лишь вопросом времени был тот день, когда исследователи начали тыкать электродами в мозг.

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 подтвердить существование специализированных отделов мозга у людей, учёным требовался «настоящий пациент».

Такой пациент, вернее, пациентка появилась в 1874 году в Огайо. Её история могла бы стать триумфом медицины XIX века, но вместо этого стала ярким примером научной гордыни и злоупотребления долгом.

К врачу Робертсу Бартолоу 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 прикрывала свои шрамы париком, но в декабре 1872 года под ним открылась злокачественная язва. Рафферти винила в этом жёсткий каркас парика из китового уса, вреза?вшийся в кожу; но Бартолоу диагностировал раковую опухоль. Так или иначе, когда Рафферти была госпитализирована в январе 1874 года, в её черепе зияла пятисантиметровая дыра, и изумлённый Бартолоу мог видеть 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 о?рган».

Применяя пару электролитических игл, втыкаемых в твёрдую мозговую оболочку и подлежащие ткани, Бартолоу раздражал открытые участки мозга слабым электрическим током. Он заметил, что это вызвало 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 эксперимента Бартолоу опубликовал в своей работе «Экспериментальные исследования функций органов человеческого мозга» в апреле 1874. Этот документ был положительно рассмотрен Ферье, он нашёл наблюдения Бартолоу «вполне в соответствующими» результатам своих, собственных экспериментов, в которых он воздействовал током на мозг обезьян.

Однако, публикация вызвала 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 утверждал, 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. Бартолоу продолжал публиковать книги и статьи, и его практика оставалась очень популярной. В 1893 году он 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 хотели 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 работал локально и с более низким напряжением, и вместо того, чтобы относиться к пациенту как к пассивному орудию – электрифицировать мозг и посмотреть, что из этого выйдет, – он 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. Если Пенфилд стимулировал зрительную кору (на затылке), то пациент мог видеть линии, тени или кресты – составные элементы зрения. Если он стимулировал слуховую кору, пациент мог слышать звон, шипение или топот. Если он раздражал двигательные и тактильные центры, пациент мог судорожно сглатывать или замечать: «Мой язык как будто парализован».

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. Он всегда начинал операцию с определения границ центров движения и речи у пациента. Затем он держался в стороне от этих центров, когда удалял ткани.

Определение запретных участков имело неожиданный побочный эффект: оно позволило Пенфилду с беспрецедентной подробностью картировать двигательные и тактильные центры мозга. До Пенфилда никто не знал, 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 большей наглядности Пенфилд в 1950-х годах нарисовал знаменитую карикатуру «моторного гомункулуса» – представление о том, как бы выглядели люди, будь размер каждой части тела пропроционален 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.

По правде говоря, а?тлас 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 может смещаться год за годом по мере того, как мозг перестраивает себя. Пенфилд сам отметил это у пациентов, подвергавшихся неоднократным операциям. Выяснилось, что вопреки ожиданиям большинства учёных, каждый мозг и каждый разум обладает уникальной географией. И эта география изменяется со временем, поскольку территории мозга дрейфуют, как континентальные плиты. [5]

Нейротон. гомункулус Пенфилда

Однако, не всё поддавалось картированию, так, 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.

Лешли разрабатывал проблему локализации психических функций, используя метод удаления у животных различных частей головного мозга. Первоначально он исходил из предположения о равнозначности разных участков. Результаты его экспериментов были опубликованы в 1929 году в его книге «Механизмы мозга и интеллект» (Brain Mechanisms and Intelligence), в которой учёный отстаивал два важнейших принципа:

• Массовое действие – некоторые типы обучения опосредуются корой головного мозга как целым. Этот принцип противоположен представлениям, что каждая психическая функция локализована в определённой зоне коры. В экспериментах с крысами Лешли удостоверился, что невозможно локализовать механизмы памяти в каком-то из отделов мозга, то есть память распределена в коре головного мозга.

• Эквипотенциальность (равноценность) касается прежде всего отделов мозга управляющих о?рганами чувств, например, зрением. При повреждении участков коры головного мозга, ответственных за определённые функции механизмов органов чувств, другие участки мозга берут на себя функции повреждённых зон.

Таким образом, Лешли доказал несостоятельность представлений о мозговой локализации, согласно которым даже наиболее сложные функции мозга жёстко привязаны к специфическим анатомическим субстратам, противопоставив этому положение о пластичности высших отделов головного мозга и функциональной многозначности его структур. Его работы послужили отправным пунктом в разработке современных представлений о мозговой организации высших психических функций человека.

Отвергая принцип локализации рефлекто?рных, в том числе условно-рефлекто?рных актов, Лешли выступил против учения И. П. Павлова. В дальнейшем он отказался от своей крайней позиции и принципа эквипотенциальности любых частей мозга в выработке навыков и решении интеллектуальных задач.

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». Поиски успехом не увенчались и закончились тем, что Лешли стал цинично смеяться над собственными усилиями, притворно задаваясь вопросом, способны ли животные и даже люди вообще обучаться. [2]

PS Invitro

В следующих главах я расскажу о многих хитроумных методах исследования живого мозга, основанных на наблюдении за реакцией в ответ на стимул. Но самая детально изученная модель нервной системы нематоды Caenorhabditis elegans была создана скальпелем и микроскопом. На основании серии электронных микрофотографий, на которых запечатлены срезы тела червя на разных уровнях.

46sposob1.php

ОГЛАВЛЕНИЕ