Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть - Себастьян Сеунг

Что же происходит в мозгу пациента, приспосабливающегося к последствиям операции по лечению косоглазия? С 1980-х годов Эрик Кнудсен с коллегами разбирался в этой проблеме, проводя эксперименты на сипухах, птицах, внешне похожих на сов. На птиц надевали специальные очки, отклонявшие свет и тем самым поворачивавшие воспринимаемый мир вправо на 23°. Так ученые моделировали поворот воспринимаемого мира, вызываемый операцией по лечению косоглазия. (Подобные очки используются для лечения тяжелой формы страбизма.) Птицы, выросшие с этими очками, вели себя в буквальном смысле «со сдвигом»: слыша звук, они поворачивали голову не к его источнику, а правее. Эта «сдвинутость» позволяла им смотреть прямо на источник звука, компенсируя поворот, который давали очки.

Чтобы изучить нейронные причины этих поведенческих изменений, Кнудсен и его коллеги исследовали inferior colliculus – нижний холмик. Эта часть мозга играет важную роль в определении направления, с которого приходит звук: она сравнивает сигналы, поступающие от левого и правого уха. Подобно карте человеческого тела, существующей в бродмановских полях 3 и 4 (помните сенсорного и моторного гомункулуса?), в нижнем холмике есть карта внешнего мира. Записывая нервные импульсы нейронов этой мозговой структуры, Кнудсен и его сотрудники показали, что на ее карте происходит своего рода смещение в направлении, согласующемся с «кривобоким» поведением. Ученые показали также, что на этой карте смещаются входящие аксоны, а значит, перекройку карты, возможно, вызывает их переподключение.

Позже Кнудсен с коллегами продемонстрировали существование критического периода для обучения, работая с птицами разного возраста, – надевая им такие очки или снимая их Надевание очков на взрослых сипух, выросших в нормальных условиях, не меняло их зрительного поведения. Для молодых особей, выросших в очках, их эффект оказывался обратимым, если очки снимали сравнительно рано, а не в зрелом возрасте.

Основываясь на примерах с нижним холмиком и зрительной зоной V1, как будто можно заключить, что во взрослом мозгу переподключение невозможно. Значит, вот почему взрослым гораздо труднее приспосабливаться к переменам? В главе 2 я уже отмечал, что взрослые хуже восстанавливаются после удаления полушария головного мозга, чем дети. Принцип Кеннарда обобщает эти наблюдения: чем младше жертва повреждения мозга, тем эффективнее восстановление мозговых функций. Принцип порицали за упрощенность, ведь исключения из этого правила хорошо известны. Но в нем есть доля истины. Он вытекает из «отрицания переподключения», так как переподключение является важным механизмом перекройки карты мозга.

Однако и гипотеза «отрицания переподключения» по-прежнему подвергается нападкам. Непрерывное наблюдение аксонов живого мозга с помощью микроскопии в течение долгих периодов времени показывает, что новые нейронные ветви могут расти и у взрослых. Такие эксперименты по-своему противоречивы, однако в научном сообществе ширится убежденность в том, что во взрослом организме возможен по крайней мере небольшой рост аксонов, хотя на большие расстояния они, возможно, отрастать уже не могут. Некоторые специалисты предполагают, что такое переподключение служит причиной перекраивания карты мозга, которое сопровождает «появление» фантомных конечностей, хотя убедительных доказательств этого пока не представлено.

Другие исследователи оспаривают саму идею критического периода, заявляя, что последствия детской депривации могут оказаться более обратимыми, чем полагали раньше. Обычно считается, что стереозрение во взрослые годы обрести невозможно. Но в своей книге «Исправляя взгляд на мир» нейробиолог Сьюзен Барри рассказывает, как она отчасти приобрела стереозрение в сорок с лишним лет, хотя все предыдущие годы страдала стереослепотой из-за детского косоглазия. Она сумела добиться успеха благодаря специальным тренировкам зрения.

Успех Барри как будто показывает, что явления критического периода могут возникать и во взрослые годы, пусть и не так легко. Антонини и Страйкер, похоже, довольно убедительно показали, что зона V1 во взрослые годы теряет способность меняться, так как в организме зрелого человека прекращаются все процессы переподключения нейронов. Но это утверждение, казавшееся незыблемым фактом, недавно подвергли сомнению: в последние годы разработано несколько методик лечения, которые восстанавливают пластичность зрительной зоны V1 у взрослых. В ходе этого лечения больному в течение четырех недель давали флуоксетин (антидепрессант, больше известный под торговой маркой «прозак»), предварительно в течение десяти дней держа пациента в темноте или же применяя несложное «обогащение среды», сходное с розенцвейговским. Как сообщалось, такие методики лечения продлевали критический период так, что он захватывал зрелые годы, или даже отменяли его вообще.

Кнудсен с коллегами вначале отмечали, что взрослые сипухи не умеют приспосабливаться к повороту зримого мира. Однако дальнейшие эксперименты вселяют некоторый оптимизм. Птицам последовательно надевали разные очки со всё более возрастающим углом поворота. Со временем зрелым особям удавалось приспособиться к тому же повороту на 230, к которому юные птицы приспосабливались в один прием. Это открытие дает возможность предположить, что взрослые могут учиться так же эффективно, как и дети, надо лишь верно подобрать режим подготовки.

Оптимизм касательно пластичности взрослого мозга нынче в моде. В 1990-е годы движение «От нуля до трех лет» противопоставляло «жесткость» зрелого мозга податливости мозга младенца. Теперь маятник качнулся в обратную сторону. В своей книге «Мозг, изменяющий себя. Успехи нейронауки: личные истории» Норман Дойдж рассказывает впечатляющие вещи о взрослых, которым удавалось фантастическим образом восстановиться после тех или иных неврологических заболеваний. Он заявляет, что мозг чрезвычайно пластичен – куда больше, чем могли бы полагать нейробиологи и врачи.

Разумеется, истина где-то посередине. Неверно было бы с порога отрицать возможность переподключения нейронов в зрелом мозгу, но такое отрицание все-таки имеет под собой кое-какую почву – в определенных условиях. К примеру, в зрелом мозгу, возможно, не могут расти определенные типы ветвей, протянутые от определенных нейронов к другим нейронам, а может быть, от определенных участков мозга к другим его участкам. К тому же это упрощенческий подход – считать переподключение каким-то отдельным явлением. На самом деле оно включает в себя целый ряд процессов, вовлеченных в рост и втягивание нейритов. Более совершенные формы «отрицания переподключения» могли бы фокусироваться лишь на одном из процессов, которые подразумеваются этим звонким термином.

А раз такие отрицания не абсолютны, а зависят от многочисленных условий, не исключено, что их удастся обойти с помощью специальных программ обучения и подготовки, как и показал Кнудсен. К тому же, судя по всему, мозговые травмы по-своему облегчают переподключение мозга, как бы высвобождая механизмы роста аксонов, в нормальном состоянии подавляемые специальными молекулами. В будущем, возможно, разработают методики медикаментозного лечения, которые будут воздействовать на такие молекулы, позволяя мозгу переподключаться так, как он не в состоянии делать сейчас.

Из-за примитивности наших экспериментальных методик сейчас мы можем обнаруживать лишь самые «грубые» разновидности переподключения. Вот почему нейробиологи вынуждены рассматривать довольно-таки экстремальные случаи – к примеру, монокулярной депривации или стрэттоновских очков. Остающиеся пока невидимыми более тонкие разновидности переподключения могут, между тем, играть весьма важную роль в более нормальных процессах обучения. Даже если коннектомика просто поможет дать более ясную картину этого явления, она волей-неволей будет способствовать исследованиям в данной области.

* * *

В 1999 году между двумя нейробиологами произошел яростный заочный бой. В одном углу воображаемого ринга стоял Паско Ракич из Йельского университета – чемпион, всячески защищавший свой титул. Еще в семидесятых годах его статьи, широко известные в научных кругах, утвердили догму: в мозгу млекопитающих не возникает новых нейронов после рождения – или, по крайней мере, после наступления половой зрелости. Претенденткой на победу оказалась Элизабет Гулд из Принстона, поразившая коллег сообщением о новых нейронах, появившихся в неокортексе взрослых обезьян. (Основную часть коры головного мозга как раз и составляет неокортекс, и карту именно этой части построил Бродман.) Ее открытие газета New-York Times поспешила объявить «самым потрясающим» за всё десятилетие.