Дуэль нейрохирургов. Как открывали тайны мозга и почему смерть одного короля смогла перевернуть науку - Сэм Кин

Почему? Потому что для животных важнее замечать движущиеся предметы (хищников, добычу, падающие деревья), чем статичные предметы, которые могут и подождать. Фактически наше зрение так настроено на восприятие движения, что формально мы даже не видим неподвижные предметы. Для того чтобы увидеть статичный предмет, нам приходится едва заметно перемещать взгляд по его поверхности. Эксперименты показали, что если искусственно создать неподвижный образ на сетчатке с помощью специальных линз и микроэлектроники, то он исчезнет.

Вооруженные этими открытиями – картой зрительной коры Иноуэ и знанием детекторов линий и движения, – ученые наконец смогли описать основы зрительного восприятия у животных.

Самое важное заключалось в том, что каждая «гиперколонка» может определять все возможные движения для всех возможных линий в одном пикселе зрительного поля. («Гиперколонки» также содержат структуры, называемые цветовыми пятнами, которые определяют цвет.) Фактически каждая «гиперколонка» шириной в один миллиметр действует как крошечный автономный глаз, что напоминает устройство фасеточных глаз насекомых. Преимущество этой пиксельной системы, помимо высокой разрешающей способности, состоит в том, что мы можем хранить инструкции для создания «гиперколонки» в нашей ДНК в единственном экземпляре. Для покрытия всего зрительного поля достаточно просто «нажимать кнопку повтора»(23).

Некоторые эксперты утверждали, что за двадцать лет сотрудничества Хьюбела и Визела наука узнала о зрении больше, чем за предыдущие двести лет. В 1981 году оба ученых получили заслуженную Нобелевскую премию. Но, несмотря на большое значение их открытий, они продвинули науку о зрении лишь до определенного уровня.

«Гиперколонки» эффективно разделяли окружающий мир на составные линии и движение, но мир содержит не только движущиеся фигурки из черточек. Настоящее узнавание вещей и обращение к связанным с ними эмоциям и воспоминаниям требует гораздо более сложной обработки в областях мозга за пределами первичной визуальной коры.

* * *

Интересно, что следующее открытие в зрительной неврологии – «теория двух потоков» – произошло в 1982 году, сразу же после того, как Хьюбел и Визел получили Нобелевскую премию.

Все пять органов чувств имеют области первичной обработки данных в мозге, разделяющие ощущения на составные части. Кроме того, они имеют так называемые ассоциативные зоны, анализирующие выделенные части и извлекающие более сложную информацию.

Со зрением происходит так: после того, как первичная зрительная кора составляет приблизительное представление о форме и движении объекта, данные разделяются на два потока «как/где» для дальнейшей обработки. Поток определяет, где находится объект и как быстро он движется.

Этот поток направлен от затылочных долей к теменным долям; в конечном счете он активирует двигательные центры мозга, позволяющие нам схватить наблюдаемый объект или уклониться от него. Поток «что» определяет, что это за объект. Он направлен к височным долям и активирует эмоции и воспоминания, которые позволяют узнать объект, воспринимаемый через ощущения.

Никто точно не знает, как происходит это узнавание, но существует интересная гипотеза, связанная с синхронной активизацией цепочек нейронов. В начале потока «что» нейроны довольно неразборчивы: они могут реагировать на любую горизонтальную линию или красное пятно. Но эти нейроны передают свои данные дальше, к более избирательным нейронным цепям. К примеру, те могут реагировать только на красные горизонтальные линии. Еще дальше нейронные цепи могут реагировать только на горизонтальные красные линии с металлическим блеском, и так далее.

Между тем другие нейроны (работающие одновременно с первыми), реагируют на прозрачные стеклянные линии под определенным углом, или на черные резиновые круги. Наконец, когда все эти нейроны срабатывают одновременно, ваш мозг распознает клубок признаков – красный металл, стекло и резину – и говорит: «Ага, «Шевроле Корвет»! (24). За несколько десятых долей секунды мозг также подключает звук, текстуру и запах автомобиля как дополнительную помощь при распознавании. В целом процесс узнавания распределен по разным участкам мозга, а не локализован в одной зоне (см. важное примечание 25).

Разумеется, в повседневной жизни мы не трудимся проводить различие между зрительным восприятием автомобиля (первичная зрительная кора), узнаванием автомобиля (поток «что») и его локализацией в пространстве (поток «как/где»). Мы просто видим. И даже внутри мозга потоки не являются совершенно обособленными: есть множество обратных и перекрестных связей, гарантирующих, например, что вы тянетесь за нужной вещью в нужное время. Тем не менее эти потоки достаточно независимы, так что нарушение каждого из них приводит к катастрофическим результатам.

При повреждении первичной зрительной коры люди утрачивают основные навыки восприятия. Это становится ясно, когда они пытаются рисовать. Если они рисуют улыбающееся лицо, глаза могут выскакивать за пределы головы. Колеса оказываются на крыше автомобилей. Некоторые люди не могут начертить даже треугольник или крестик. Это самый разрушительный тип повреждения зрительной системы.

Повреждение потока «как/где» нарушает способность к локализации предметов в пространстве: люди промахиваются, когда пытаются взять вещь, и натыкаются на мебель при ходьбе.

Еще более драматическая история произошла с сорокалетней женщиной из Швейцарии, получившей повреждение теменной доли при инсульте в 1978 году. Она утратила ощущение движения, и жизнь для нее превратилась в серию моментальных снимков через каждые пять секунд или около того. Наливая чай, она видела, как жидкость застывает в воздухе, словно водопад зимой. В следующий момент, который она видела, чашка уже была переполнена. При переходе через улицу она хорошо видела автомобили и даже могла прочитать номерные знаки. Но если в один момент они находились далеко, то в следующий едва не сталкивались с ней. Во время разговора люди не шевелили губами, словно чревовещатели, а в людных местах у нее начиналось головокружение, потому что люди появлялись и исчезали, как призраки. Она все еще могла отслеживать движение с помощью осязания или обоняния, но зрительное восприятие движения совершенно исчезло.

Наконец, при повреждении потока «что» люди могут определить, где находятся предметы, но больше не могут отличить один предмет от другого. Они не могут найти ручку, если кладут ее на стол рядом с другими вещами, и совершенно беспомощны, если нужно припарковать автомобиль у торгового центра. Однако, как ни странно, они по прежнему хорошо воспринимают поверхностные детали. Попросите их перерисовать изображение лошади, кольца с алмазом или готического собора, и они превосходно выполнят это, не понимая при этом, что они нарисовали.

При повреждении первичной зрительной коры люди утрачивают основные навыки восприятия. Это становится ясно, когда они пытаются рисовать.

Некоторые люди даже могут рисовать предметы по памяти, но если потом показать им их рисунки, они не могут определить, что это такое. В целом такие люди сохраняют навыки восприятия, поскольку их первичная зрительная кора работает, но детали не складываются в узнаваемую картину.

Иногда повреждение потока «что» оказывается более избирательным, и вместо всех объектов люди не узнают лишь узкий класс вещей. Например, это может произойти под влиянием вируса герпеса, того самого, из-за которого появляется лихорадка на губах.

«Герпес» означает «ползучий», и хотя в обычном состоянии он почти безвреден, иногда вирус начинает блуждать и подниматься по обонятельным нервам в мозг, разрушая височные доли. Когда это происходит, нейроны начинают хаотически срабатывать, и жертвы жалуются на странные запахи и звуки. При дальнейшем отмирании нервной ткани несчастные испытывают головные боли, спазмы шейных мышц и припадки. Многие впадают в кому и умирают. Те пациенты, которые снова приходят в себя, обычно имеют строго локализованные повреждения мозга, словно от русских пуль, о которых мы говорили раньше.

В зависимости от того, какой участок был поврежден, психика утрачивает вполне определенные способности. Чаще всего люди разучаются узнавать животных. Они прекрасно распознают неодушевленные предметы, такие как стулья, палатки, чемоданы или зонтики. Но когда им показывают любых животных, даже обычных кошек и собак, они изумленно смотрят, как будто видят существ из инопланетного зоопарка.

Существует масса подобных случаев, иногда совершенно неправдоподобных. В противоположность вышеописанным случаям, некоторые жертвы герпеса прекрасно узнают живых существ, но не инструменты или рукотворные предметы: кассовые аппараты становятся «гармониками», зеркала становятся «люстрами», а дротики для игры в дартс волшебным образом превращаются в «перьевые опахала». (Один человек с так называемой зрительной агнозией продолжал водить автомобиль. Он не мог отличить автомобили от автобусов или велосипедов, но, поскольку его поток «как/где» по-прежнему работал, он мог распознавать движение и просто держался подальше от других движущихся предметов.)