Невероятные открытия о работе нашей памяти: как ученые стимулировали воспоминания током и составляли карту мозга
Первые шаги
Начиная с 1930-х годов монреальский нейрохирург Уайлдер Пенфилд провел сотни операций на головном мозге с целью облегчить хроническую, изнуряющую форму височной эпилепсии. Чтобы определить, какую часть мозга необходимо удалить, он мягко стимулировал находящихся в сознании пациентов электрическим током, подаваемым с помощью тонких электродов. Если стимуляция определенного участка мозга приводила к признакам неизбежного припадка, Пенфилд понимал, что данный «кусочек» был кандидатом на удаление. Эта процедура обнаружила нечто довольно жуткое: иногда стимуляция заставляла пациента заново, в точности до деталей, переживать определенные события. Переживания были яркими и подробными, как сон наяву. Часто пациенты слышали звуки: играло пианино, кто-то пел известную песню или звучал телефонный разговор между двумя членами семьи. В одном случае, когда электрод был оставлен на месте и ток продолжал подаваться, музыка продолжала звучать в голове пациентки, и она подпевала. В другом случае при стимуляции определенной области пациент слышал оркестр, исполняющий популярную в то время песню «Маршируем вместе». Иногда больной видел человека и собаку, идущих по дороге мимо его дома, или мешанину огней и цветов, а еще один пережил момент, когда мать пациента говорила его младшему брату, что у того задом наперед надето пальто.
Странные ощущения возникали, только если стимулировалась соответствующая область. Когда электрод убирали или пациенту сообщали, что начали стимуляцию, но ее на самом деле не было, ничего не происходило. Как выразился Пенфилд, «воспоминания, явно происходящие из жизненного опыта пациента, иногда могут быть навязаны ему стимулирующим электродом». Эти онейроидные переживания были удивительно постоянными для конкретного индивидуума — повторная стимуляция в одном и том же месте вызывала у больного точно такие же ощущения. Для Пенфилда эти явление свидетельствовало о точной локализации памяти в мозге. Пациентов же подобное часто тревожило.
Карта мозга
Драматические открытия Пенфилда возвестили о возобновлении долгих споров о локализации функций мозга, которые уходили корнями еще в античность и продолжаются по сей день. В середине XX века один из доминирующих взглядов в изучении нейронных основ памяти высказал Карл Лешли, чьи эксперименты на животных, казалось, продемонстрировали, что трудности в обучении, вызванные хирургическими операциями, были пропорциональны степени повреждения коры головного мозга. Он объяснил выявленный эффект двояко: во-первых, клетки имели равные возможности; во-вторых, мозг целиком участвовал в процессе создания и хранения воспоминаний — ученый называл это «массовым действием». Для Лешли, как и для Флуранса в XIX веке, деятельность мозга могла пониматься только как целостное явление.
После открытия Пенфилда возобновились споры о локализации функций мозга, которые уходили корнями еще в Античность.
В 1950 году Лешли выступил в Кембридже с докладом под названием «В поисках энграммы», в котором подводил итоги работы по изучению памяти. На пике своего влияния (он заболел в 1954 году и умер четыре года спустя в возрасте шестидесяти восьми лет) ученый утверждал, что память распределена по всему мозгу. Вспомнив о своих длиною в жизнь поисках энграммы, он предположил, что они были напрасны, и криво усмехнулся:
«Эта серия экспериментов дает надежную информацию о том, что и где не является памятью. Не удалось обнаружить ничего, непосредственно свидетельствующего о реальной природе энграммы. Порой, рассматривая доказательства локализации следа памяти, я чувствую, как сам собой напрашивается вывод, что обучение просто невозможно... Тем не менее, несмотря на такие контраргументы, обучение все же происходит».
Мнение Лешли, что память распределена по всему мозгу, вскоре, по-видимому, было опровергнуто жуткими открытиями Пенфилда, о которых он впервые сообщил на встрече в 1951 году. Лешли присутствовал в зале. Пенфилд объяснил странные переживания своих пациентов следующим образом: когда мы обращаем сознательное внимание на события в жизни, то «одновременно фиксируем их в височной доле». Эта фиксация содержала как зрительные, так и слуховые стимулы и хранилась где-то в области ниже коры, в середине мозга, которая соединена с корой сложным набором нервных волокон. Во время стимуляции импульсы, представленные этими ощущениями, «проходят в обратном направлении к нейронам, создавшим паттерн». Другими словами, опыт воспроизводится через те же нейронные сети, которые его и записали. Похоже, Пенфилд активировал энграмму.
При обсуждении выступления Пенфилда Лешли вынужден был признать, что зашел в тупик: «У меня нет четкой альтернативы, чтобы предложить объяснение данных доктора Пенфилда». Правда, ученый сделал все что мог, чтобы опровергнуть наблюдения Пенфилда, и подчеркнул сложность воспоминаний, прежде чем сделать несколько неубедительный вывод: «Я не понимаю, как небольшое число клеток в центральной нервной системе может выступать в роли посредника или даже самостоятельно передавать что-то столь сложное».
Нравилось это Лешли или нет, и независимо от количества клеток в области, которую стимулировал у пациентов Пенфилд (по крайней мере, она содержит миллионы клеток), факт оставался фактом. Где-то глубоко в мозге связанные с определенными частями височной доли воспоминания могут быть вызваны электрической стимуляцией очень конкретной зоны мозга.
Воспоминания могут быть вызваны электрической стимуляцией конкретной зоны мозга.
Как отмечал сам Пенфилд, то, что он называл «вызванными воспоминаниями», сильно отличалось от обычных и содержало гораздо больше деталей. Повседневные воспоминания не включают в себя повторение посекундного описания события — они обычно довольно расплывчаты и построены мозгом так, что содержат ложные элементы или компоненты, которые угадываются из контекста. Казалось вероятным, что переживания, которые вызывал Пенфилд, не просто включали активацию энграмм, но также вводили некие элементы, связанные с различными аспектами работы мозга, производя жуткое состояние, похожее на сон, о котором сообщали пациенты. Одно было ясно: в воспоминаниях, порождаемых электрической стимуляцией, не было ничего особенного. Как объяснил Пенфилд: «События, которые вспоминаются, часто неважны и неинтересны».
Результат вскоре был воспроизведен, и более поздние исследования подтвердили точность экспериментальной работы Пенфилда. Степень локализации функции, обнаруженная Пенфилдом, была экстраординарной, но ее истинная природа была не столь ясна. В 1951 году Пенфилд описал область, которую стимулировал, как «кору памяти», предположив, что это ее вместилище, но к 1958 году признал, что воспоминания на самом деле не хранятся в том месте, которое он стимулировал. Вместо этого стимулируемый участок мозга, казалось, был способен вызвать активность отдаленной области или областей, где на самом деле находилась память. Идея локализации снова начала терять четкие очертания.
Мозг содержит точную функциональную карту тела.
Спор о том, является ли функция локализованной или распределена по всему мозгу, относится не только к памяти. В 1937 году Пенфилд опубликовал несколько более понятных результатов стимуляции пациентов, перенесших операцию на головном мозге, которые были похожи на результаты Фрича, Гитцига и Ферриера, но проводились на людях, пребывавших в сознании. Иногда пациенты сообщали об очень специфических ощущениях, когда стимулировались определенные части мозга: покалывание в пальцах, странный вкус на языке, ощущение тепла по одной стороне тела. В других случаях у испытуемого дрожали веки, дергались ноги, а некоторые пациенты даже хрюкали. Чтобы подытожить свои наблюдения, Пенфилд попросил медицинского иллюстратора Гортензию Кантли сделать рисунок. В результате у художницы рождались гротескные изображения человеческого тела, демонстрировавшие различные его части и их представление в мозге пациентов. Этот образ, который Пенфилд назвал гомункулусом, подсказывал, как мозг соотносится с телом. Как и следовало ожидать исходя из обыденного опыта, язык, руки и лицо были особенно хорошо представлены. Другие наиболее чувствительные части тела, такие как гениталии или прямая кишка, показаны не были.
В 1950 году Пенфилд располагал более сложным рисунком, показывающим сенсорные (слева) и моторные (справа) области мозга, изображенные в поперечном сечении. Иллюстрация свидетельствовала, что проекции тела в сенсорной и моторной коре отличаются. Возьмем банальный пример: зубы и десны хорошо представлены в сенсорной коре, но едва ли в моторной. Интереснее, что рука доминирует в моторной коре, в то время как нижняя часть лица наиболее значима в сенсорной. В конечном счете это неравномерное «распределение» частей тела по всему мозгу является следствием эволюции и воздействия среды обитания — другие приматы демонстрируют иные паттерны.
Несмотря на длительное влияние, эти рисунки были обманчивы, поскольку подразумевали, что существует строгая взаимно однозначная и постоянная для всех индивидуумов корреляция между конкретным участком мозга и определенной частью тела. На самом деле гомункул Пенфилда представлял собой среднее значение, выведенное из данных всех пациентов.
В действительности у любого человека может быть специфическое соотношение между областью мозга и частью тела, отличающееся от рисунка. Тем не менее работа Пенфилда показала, что мозг содержит как точную функциональную карту тела, так и чрезвычайно подробную систему хранения и может извлекать очень конкретные события. Большинство ученых того времени считали функции более локализованными.
Текст подготовлен издательством «БОМБОРА»