Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

в случае, когда по прихоти войны скрестились пути мушкетной пули и руки доблестного Горацио Нельсона. Но мы коснулись этой истории только в части входных данных. На выходе управляющая движениями тела кора (моторная карта) тоже адаптировалась. Когда нервная система догадывается, что утратила контроль над ранее имевшейся конечностью, кортикальная проекция утраченной конечности сжимается1. Мозг перестраивается под соответствие новому плану тела.

Рассмотрим случай женщины — условно назовем ее Лаурой, — которая в результате серьезной травмы потеряла кисть руки2. Ее первичная моторная кора в течение каких-то недель начала трансформироваться. Моторные зоны соседних с кистью руки мышц (ее бицепсы и трицепсы) мало-помалу аннексировали кортикальную территорию, ранее отвечавшую за кисть. Можно выразиться и по-другому: нейронам, которые прежде приводили в действие кисть руки Лауры, переписали должностные инструкции и подключили эти нейроны к бригаде, отвечающей за движение мышц плеча. Позже ученые изучили моторную карту Лауры, через череп посылая внутрь мозга слабые магнитные импульсы (неинвазивный метод транскраниальной магнитной стимуляции) и отмечая, какие мышцы сокращаются в ответ. Метод позволил определить, что за несколько недель кортикальная область, отвечающая за мышцы плеча, расширилась.

В следующих главах мы разберем, каким образом мозг проделывает такой финт, а пока сосредоточимся на вопросе: почему моторная система адаптируется подобным образом? Отвечаю: моторные зоны оптимизируют себя под управление наличным двигательным «оборудованием». Данный принцип открывает двери множеству возможных вариантов планов тела.

Никакой стандартной кальки!

Если обозреть животное царство, обнаружится великое разнообразие причудливых форм и типов конституции тела — от муравьеда до крота-звездорыла, от ленивца до рыбы-дракона, от осьминога до утконоса.

Но вот загадка: все твари в нашем животном царстве (в том числе и люди) обладают на удивление похожими геномами.

Как удивительные создания природы исхитряются искусно владеть настолько разнообразным двигательным инструментарием — хватательными хвостами, острыми когтями, необычной формы гортанями, щупальцами, усами и усиками, хоботами и крыльями? Почему горные козлы умеют шустро взбегать по головокружительным скалистым склонам? А совы — пикировать точнехонько на зазевавшуюся в ночных потемках мышь? И как лягушки навострились так ловко ловить языком мушек?

Чтобы понять это, обратимся к модели мозга имени мистера Картофельная Голова, подразумевающей, что к мозгу можно приторочить самые разные устройства ввода данных, как, впрочем, и вывода. В этом смысле Мать-природа позволяет себе экспериментировать с самыми немыслимыми моторными технологиями plug-and-play. Фундаментальные принципы действия мозга не требуется каждый раз перестраивать под ту или иную двигательную периферию — будь то пальцы, ласты или плавники; две ноги, четыре или все восемь; руки, когтистые лапы или крылья. Двигательная система сама придумывает, как приводить в действие доступные ей механизмы.

Возможно, в этом месте вы воскликнете: «Погодите-ка, есть вопрос! Если тела способны принимать самые странные формы, повинуясь случайному щелчку генома, почему мы не видим людей, родившихся с необычными вариациями строения тела?»

В том-то и дело, что видим. Например, иногда дети рождаются с хвостом3 (рис. 5.1), доказывая тем самым, с какой легкостью костяшки генетического домино опрокидываются, вызывая необычные вариации планов тела.

Рис. 5.1. Некоторые дети рождаются с хвостом, демонстрируя своим примером, что генетические вариации способны спровоцировать крупные изменения в архитектуре тела

Mukhopadhyay B, Shukla RM, Mukhopadhyay M, Mandal KC, Haldar P, Benare A (2012). Spectrum of human tails: A report of six cases. Journal of Indian Association of Pediatric Surgeons, 17 (1), 23–25. https://doi.org/10/4103/0971-9261.91082

Помимо хвоста у новорожденного могут присутствовать лишние конечности. Например, в Шанхае не так давно на свет появился мальчик Цзе-Цзе с полностью развитой третьей рукой4. Помимо правой руки у ребенка две нормально развитые левые руки, одна чуть впереди и ниже другой (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Цзе-Цзе родился с дополнительной рукой

Associated Press

Иногда причиной подобных аномалий становится близнец-паразит: это когда зародыш одного близнеца слишком слаб для нормального развития и его поглощает более сильный, здоровый зародыш. Только у Цзе-Цзе случай совсем другой: это его генетическая программа велела телу вырастить третью руку. Бригада китайских хирургов провела малышу многочасовую операцию по удалению «внутренней» левой руки — трудное решение, поскольку обе левые руки были хорошо развиты. Чаще всего дополнительная конечность сморщена и явно недоразвита, что облегчает врачам выбор, которую из двух удалить. Между тем у каждой из двух левых ручек Цзе-Цзе имелась своя лопатка, что повышало сложность и риски операции.

Хвост или лишняя конечность у новорожденных показывают, что строение тела может специфически и явно меняться под действием крохотных генетических искажений. Стоит ли говорить, что такого рода генетические колебания, хотя и слабовыраженные, наблюдаются везде и повсюду вокруг нас: у кого-то руки длиннее обычного или пальцы коротковаты, большой палец ноги короче соседнего, полнее бедра или шире плечи.

Кстати, хотя наши ближайшие родичи шимпанзе генетически почти нам идентичны, строением тела они во многом отличаются от нас: у них выше располагается точка фиксации двуглавой мышцы плеча, бедра сильнее развернуты наружу, а пальцы нижних конечностей длиннее, чем у нас. Расположенному в темном тронном зале мозгу обезьяны легко заставить ее тело раскачиваться на деревьях и ходить на костяшках пальцев, а человеческому мозгу нетрудно понять, как соревноваться в пинг-понге и танцевать сальсу. В обоих случаях мозг элегантно определяет, как лучше всего управлять телом, в которое он встроен.

Мы поймем всю мощь этого принципа, если обратимся к примеру Мэтта Штуцмана, человека, родившегося без рук (рис. 5.3). Еще в юности его очень увлекла стрельба из лука, и он обучился управляться с луком и стрелами при помощи пальцев ног.

Рис. 5.3. Мэтт Штуцман, «безрукий лучник»

USA Archery

Плавным движением пальцев ноги Мэтт накладывает стрелу на тетиву, затем правой ногой поднимает лук — вся конструкция лямкой крепится к плечу, позволяя поднимать лук на уровень глаз. Затем ногой же натягивает тетиву, выдвигая ногу вперед, и, поймав мишень в прицел, выпускает стрелу. Мэтт не просто талантлив в стрельбе из лука, он лучший в мире лучник: на момент написания книги держит мировой рекорд в самой длинной непрерывной серии точных выстрелов из лука. Думается, не такое будущее могли бы напророчить безрукому младенцу врачи. Вероятно, они недооценивали, на какие ухищрения готов пойти его мозг, чтобы приспособить свои ресурсы к решению задач внешнего мира.

Примеры подобной гибкости мозга во множестве наблюдаются среди животного мира. Так, у собаки Фэйт от рождения нет передних лап, и она с самого щенячества училась передвигаться на задних лапах, то есть бипедально,