Один день из жизни мозга. Нейробиология сознания от рассвета до заката - Сьюзен Гринфилд

Благодаря достижениям в неинвазивных методах визуализации мы знаем, какая область обычно функционирует в здоровом мозге во время определенных видов деятельности. Вы можете посмотреть на результаты сканирования и увидеть яркие пятна активности на сером фоне неактивных областей мозга или, возможно, многоцветные массивы, в которых белое пятно – эпицентр активности, спадающей к периферии сначала до желтого, затем – оранжевого, красного и фиолетового цвета. Сталкиваясь с подобными впечатляющими изображениями, важно иметь в виду, что эти снимки иллюстрируют не мгновенные процессы, а процессы, осуществляющиеся на длительных промежутках времени, то есть большая часть жизненно важной мозговой активности остается за кадром.

Для сканирования мозга характерно временное разрешение в секундах, в то время как передача потенциала действия, который является универсальной электрической сигнатурой активных клеток мозга, осуществляется на три порядка быстрее. Для наглядности можно провести аналогию с фотографиями викторианской эпохи, которые в деталях изображают статичные элементы, однако не могут запечатлеть людей и животных, которые слишком быстро перемещаются. В качестве такого статичного объекта может выступать обнаруженная при сканировании мозга опухоль или стойкое поражение после инсульта. Но они составят, в буквальном смысле, лишь малую часть общей картины.

Тем не менее некоторые ученые^[18] настаивают на том, что можно «декодировать» психические состояния, сопоставляя их с изображениями головного мозга и сосредоточиваясь на пространственной структуре ответов в коре. Однако сам термин «декодирование» вводит в заблуждение. Код, по своей сути, представляет собой эквивалентное отображение в иной системе символов, поддающееся точной расшифровке. Точки и тире не имеют смысла, если вы не знакомы с азбукой Морзе. Только зная код, вы можете осуществить декодирование. Однако субъективные психические состояния, если считать, что они действительно аналогичны точкам и тире, не преобразуются обратно в пространственно-распределенную мозговую активность (или наоборот), они являются только ее коррелятом. В науке о мозге еще нет четких представлений обо всех причинно-следственных связях, не говоря уже о схемах кодирования.^[19] Пусть вы знаете, что где-то происходит нечто, но вам неизвестно, как это происходит, – не в последнюю очередь потому, что далеко не очевидно, чем именно является это «нечто», особенно когда вы наблюдаете процесс «урывками», в режиме с течением времени на два или три порядка медленнее.

Самая сложная проблема, связанная с областями мозга, претендующими на звание «центра» той или иной психической функции, кроется на уровне самой терминологии. «Центр» предполагает, что в нем все начинается и заканчивается, но нет ни одной зоны мозга, которая работала бы таким образом. Вместо этого все области мозга соединяются друг с другом через пути нервных волокон, которые обеспечивают постоянный диалог даже между областями, удаленными на большие расстояния. В этой системе нет иерархии команд, такой как, например, у матрешек, каждая из которых помещается в другую. Каждая область мозга является своего рода ретранслятором – узлом или перекрестком, но никогда – конечным пунктом назначения. Другая проблема, связанная со сканированием мозга, вытекает из того, что мы привыкли подразумевать под психическим признаком некое особенное свойство – скажем, остроумие или доброту, а не количественный признак. Мы, конечно, отмечаем частоту проявлений или их интенсивность, но скорее как качество, и, таким образом, выявляем свойство характера. Такие изысканные и сложные черты возникают вследствие удивительных взаимодействий множества различных компонентов мозга, начиная с уровня отдельных синапсов и белков и заканчивая изощренной болтовней крупномасштабных нейронных сетей. Таким образом, они бросают вызов простым определениям, их значительно сложнее выделить при визуализации, чем количественный навык: абстрактные феномены, такие как остроумие и доброта, не поддаются измерению – в отличие, скажем, от объема памяти.

Тем не менее это далеко не означает, что мы не делаем важных открытий о функциях мозга, используя эти данные. Просто мы не должны делать поспешных выводов. Возьмем известное исследование с лондонскими таксистами, которые проходили устный экзамен на знание всех улиц и особых участков дорожной системы столицы Великобритании. Визуализация показала, что гиппокамп – участок мозга, связанный с памятью, у представителей этой профессии увеличивается из-за огромной нагрузки на их память.^[20] Но это не значит, что мы можем прийти к заключению, что гиппокамп – это единственный «центр» для рассматриваемой функции: в данном случае – сложного и многогранного процесса памяти. Память включает в себя создание множества новых навыков, образов и закономерностей, а также вариантов их последующего применения. Все эти разные типы памяти и этапы обработки затрагивают множество областей и механизмов мозга.^[21]

Более поздние попытки найти ключевое свойство мозга, служащее биологической основой сознания, впоследствии вдохновили не столько на выявление специфических мозговых областей, сколько на поиск их взаимосвязей. Много исследований было сосредоточено на связующем звене между внешним слоем головного мозга, корой, и глубоко расположенным таламусом, на области, которая действует как своего рода реле для разных чувств, – таламокортикальной петле. Почему она так интересует исследователей? На то есть несколько причин.

Во-первых, таламокортикальная петля не функционирует у пациентов в стойком вегетативном состоянии (например, в коме), что указывает на ее возможную ключевую роль в формировании сознания (хотя в подобных состояниях активность снижается также и в ряде других областей мозга). Во-вторых, на ранних стадиях сна нейроны таламуса и коры гораздо менее активны по сравнению с состоянием бодрствования. В-третьих, исследователи обнаружили, что непосредственное применение возбуждающего химического вещества (никотина), которое имитирует химический мессенджер в таламокортикальной петле, может восстановить сознание,^[22] а повреждение таламуса приводит к его потере.^[23] Наконец, анестезия может отключать сознание по причине того, что клетки таламуса перестают контролироваться сигналами обратной связи из коры, и цикл прерывается.^[24] Но, несмотря на это, все же остается неясным, почему эта схема является такой значимой для сознания. Что так сильно отличает таламокортикальную петлю от прочих связей в мозге?