Мозг материален: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет довольно точно установить, где конкретно в мозге находятся участки, активирующиеся при виде слова “молоток”. Но она не предоставляет информации о том, в какой последовательности они активируются, они делают это слишком быстро, чтобы об этом можно было судить по притоку крови к тому или иному отделу мозга. И главное – она ничего не позволяет сказать о причинно-следственных связях, о том, принципиально ли, чтобы у человека вообще была моторная кора, чтобы он понял, что вы показываете ему молоток.

Транскраниальная магнитная стимуляция решает обе эти проблемы. Во-первых, если вы подавили работу какого‐то участка мозга и после этого человек стал хуже справляться с заданием, то это очень сильный аргумент в пользу того, что этот участок для выполнения этого задания именно нужен, а не просто активируется заодно с какими‐то другими. Во-вторых, по сравнению с фМРТ, транскраниальная стимуляция хуже сфокусирована в пространстве, но зато ее можно идеально подогнать по времени. Если у вас, например, два подозреваемых участка и вы не знаете, кто из них вовлекается первым, а кто вторым, то ТМС позволяет подать импульсы, например, ровно через 100 или ровно через 300 миллисекунд после того, как человек увидел свое задание. И если выясняется, что один участок, чтобы все испортить, нужно стимулировать раньше, а второй, наоборот, позже, то логично предположить, что вот в такой последовательности они в этом задании и участвуют.

Это открывает широкие возможности для того, чтобы посмотреть, необходима ли моторная кора для понимания смысла слов. В 2017 году ученые из Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ[116] опубликовали статью как раз об этом[117].

Вы приходите в лабораторию и выполняете там два задания. В одном задании вам показывают на экране русские слова, а вы должны, нажимая на кнопки на клавиатуре, указать, настоящие ли это слова (“рисуешь”) или выдуманные (“шмакишь”). В другом задании все слова настоящие, а ваша задача – определить, конкретные ли это действия (“пишешь”) или абстрактные (“веруешь”).

Пока вы все это делаете, над вами стоит человек с катушкой. Сразу, как только на мониторе на полсекунды возникло новое слово, катушка отправляет вам в моторную кору четыре импульса – бац, бац, бац, бац! – через каждые 50 миллисекунд. Работа моторной коры, управляющей движениями руки, у вас нарушается. Вам пробуют стимулировать поочередно то левое, то правое полушарие (а на кнопки вы каждый раз нажимаете той рукой, чье полушарие сейчас никто не трогает). С заданием вы в большинстве случаев справляетесь, но что здесь интересует исследователей – это время реакции. Сколько вы думали, прежде чем отнести слово к какой-нибудь категории. Вас просят думать как можно быстрее. Если вы тормозили больше полутора секунд, то на экране появляется укоризненное сообщение о том, что как‐то вы слишком медленно принимаете решения. (Сами же подействовали катушкой, да еще и ругают! Но в большинстве случаев людям, несмотря на катушку, полутора секунд хватало.)

Выяснилось, что если задание простое – определить, настоящее слово вам показали или нет, – то стимуляция моторной коры на его выполнение достоверно не влияет (хотя все настоящие слова были связаны по смыслу с движением рук). Совсем иначе дело обстояло со вторым заданием, в котором нужно было различать абстрактные глаголы и конкретные действия руками. Если вам при этом нарушить работу моторной коры в левом полушарии, то вы будете в среднем на 26,5 миллисекунды медленнее реагировать на слова вроде “рисуешь” и одновременно на 21,5 миллисекунды быстрее реагировать на слова вроде “веруешь” (по сравнению с ситуацией, когда вам не стимулируют ничего). Причем такой эффект есть именно для левого полушария, а для правого достоверных отличий в скорости реакции нет.

Если вас эта разница в полсотни миллисекунд не впечатляет, то это потому, что книжка моя началась с исторической части, где людям влетали в голову железные стержни, им вырезали целый гиппокамп, вживляли электроды в центр удовольствия и давали к нему рычажок и делали прочие ужасные вещи. Транскраниальной стимуляцией в принципе тоже можно и посильнее шибануть, но у нас теперь есть этические комитеты, и они предполагают, что людей не надо мучить сверх необходимого. Есть достоверное отличие в скорости реакции – вот и великолепно. Уже можно говорить о том, что да, моторная кора задействована в понимании смысла слов, связанных с движением. И это прямо очень круто. Не будьте кровожадными, лучше приходите в Вышку на эксперименты.

С помощью ТМС можно изучать не только движение или речь, но и по‐настоящему важные вещи. Например, желание съесть шоколадку[118]. Для такого эксперимента вам требуются голодные студенты. Вы говорите им, что проводите исследование пищевых предпочтений и что в конце их покормят. Когда испытуемый поверил вам и пришел в лабораторию, вы сначала показываете ему много фотографий вкусной вредной еды, такой как чипсы и шоколадки, и просите оценить каждую по шкале от – 7 до +7 баллов в зависимости от того, насколько сильно ему хочется это съесть. Потом вы пятнадцать минут стоите над ним с катушкой. Потом даете испытуемому три талона по доллару каждый, за которые он может купить у вас еду на аукционе.

Аукцион устроен так: человек видит изображение еды и сообщает, сколько он готов за нее заплатить: 0 $, 1 $, 2 $, 3 $. После этого компьютер случайным образом назначает цену. Если человек предложил меньше денег, чем компьютер, еда достается компьютеру. Если больше или столько же, еда достается человеку. За новую картинку снова можно предлагать любую сумму – человеку в конце не отдадут всю еду, которую он успешно купил, а только что‐то одно, выбранное случайным образом. Остаток денег ему отдадут наличными. Такая процедура хороша тем, что человеку выгодно каждый раз говорить правду: предлагать за каждый продукт столько денег, сколько он действительно готов заплатить. Глупо отдавать 3 $ за шоколадку, которую вы на самом деле цените на 1 $, и не получить сдачи; но глупо и пытаться купить шоколадку за 1 $ с низкими шансами преуспеть, если вы на самом деле хотите ее настолько, что согласны отдать за нее все ваши 3 $.

В принципе, у всех людей есть линейная зависимость между результатами первой и второй оценки продуктов: чем больше баллов вы присудили конкретной шоколадке, тем больше денег вы за нее предложите во время аукциона. Но есть нюанс. Если вам подавить с помощью ТМС активность правой дорсолатеральной префронтальной коры, то в абсолютных числах вы каждый раз будете предлагать меньше денег, чем если с вами этого не делать.

Дорсолатеральная префронтальная кора участвует в принятии решений. Самых разных, не только по поводу шоколадок. Но в случае с шоколадкой (как предположили исследователи, базируясь на предыдущих томографических исследованиях) чем активнее работает дорсолатеральная префронтальная кора, чем больше сигналов она посылает своим соседям, тем выше вероятность, что вы эту шоколадку захотите. Что вы посчитаете ее ценным ресурсом и будете готовы отдать за нее свои доллары. И действительно, если пятнадцать минут воздействовать на дорсолатеральную префронтальную кору магнитными импульсами с частотой 1 Гц (то есть подавлять ее работу), то в среднем испытуемые платят в каждом раунде аукциона на 65 центов меньше, чем в обеих плацебо-группах, где либо подносили катушку к другому участку головы, либо использовали фальшивую катушку, которая стрекочет как настоящая, но радости от нее никакой. Прикладной вывод здесь очень важный: если вам кто‐то говорит, что у вас все плохо с целеполаганием и поэтому вы едите слишком много шоколадок, то смело отвечайте ему, что с целеполаганием у вас как раз все очень хорошо, а вот если бы вам его искусственно нарушили, то шоколадки привлекали бы вас меньше.

Почему нам вообще важно, что говорят другие люди? Этот вопрос тоже можно изучать с помощью ТМС. Но начинается все, как обычно, с томографических исследований, в которых ученые дают испытуемым какие-нибудь задачи и смотрят, какие отделы мозга вовлечены в их выполнение. Вот Василий Ключарев[119], например, просил своих испытуемых оценивать привлекательность фотографий человеческих лиц. После того как они выносили свое суждение, им сообщали, что другие люди (якобы) оценили эти фотографии по‐другому. Если делать все это в томографе, то выясняется, что такой конфликт приводит к увеличению активности задней медиальной фронтальной коры – и, более того, чем сильнее она активировалась, тем выше была вероятность, что в следующем раунде человек скорректирует свои оценки в соответствии с мнением группы. Активность прилежащего ядра (“центра удовольствия”) при расхождении с большинством, наоборот, снижается[120].

Другие исследователи, кстати, потом сделали еще одно интересное наблюдение: если человек заново оценивает те же самые фотографии, когда он уже узнал, что другие люди посчитали их более привлекательными, то он не просто повышает свою оценку в следующем раунде, а, по‐видимому, начинает искренне считать эти лица более красивыми. Во всяком случае, у него при виде этих фотографий сильнее, чем в первый раз, активируется прилежащее ядро[121].

Но на прилежащее ядро, к сожалению, с помощью ТМС не подействовать: оно слишком глубоко расположено. Магнитное поле уменьшается пропорционально квадрату расстояния, так что экспериментаторам доступны только поверхностные участки мозга. Но вот на медиальную фронтальную кору воздействовать можно. Этим и занялся дальше Василий Ключарев и его коллеги[122].

Испытуемым говорили, что ученые исследуют восприятие женских лиц[123], но фотографии начинали показывать не сразу – сначала подавляли активность медиальной фронтальной коры с помощью ТМС (а в плацебо-группах стимулировали другой участок коры или просто делали вид, как будто что‐то стимулируют). Сразу после этого испытуемым давали оценить женские лица, а потом сообщали, насколько привлекательным в среднем (якобы) посчитали это лицо 200 других студентов того же университета. Еще через 20 минут (когда испытуемые уже не помнили ни своих, ни тем более чужих оценок) им показывали те же самые фотографии еще раз.

Как и в других исследованиях с такими стимулами, выяснилось, что испытуемые всегда, независимо от того, на какой участок коры вы воздействовали (и воздействовали ли вообще), делают во втором раунде поправку на чужое мнение. Но контрольная группа в среднем сдвинулась в своих предпочтениях на 0,35 балла по восьмибалльной шкале. А вот те испытуемые, которым подавили активность медиальной фронтальной коры – необходимой для того, чтобы прислушиваться к общественности, – приближаются к чужой оценке только на 0,22 балла.

Я не знаю, сформировалась ли у вас уже привычка воспринимать себя как совокупность отделов мозга с разными функциями (в целом я нахожу ее очень полезной и именно такой взгляд на вещи в этой книжке исподволь вам навязываю). Но, по крайней мере, вы уже можете практиковаться на окружающих. Одно из главных жизненных преимуществ изучения нейробиологии заключается в том, что она помогает изысканно хамить. Когда в следующий раз захотите сказать кому‐то, что он приспособленец и подхалим, не имеющий собственного мнения, можете сформулировать это так: “Держите под контролем активность своей медиальной фронтальной коры”. Он ничего не поймет, а вам приятно.

Чем может вам помочь человек с катушкой

Возможность вызвать у испытуемого мышечное сокращение, подействовав на его моторную кору, полезна не только для того, чтобы впечатлить журналистов или настроить оборудование перед экспериментами. Это еще и ценный диагностический инструмент[124]. Существует множество заболеваний, при которых нарушается способность к управлению собственными мышцами, – это может быть и рассеянный склероз, и болезнь Паркинсона, и инсульт, и повреждение спинного мозга или периферических нервов в результате травмы. Транскраниальная стимуляция позволяет четко измерить, как конкретно эта способность была нарушена. Изменилась ли скорость проведения импульса от коры к мышце или сила мышечного сокращения, симметричны ли эти нарушения и так далее. Во многих случаях это дает возможность уточнить диагноз, разработать оптимальную стратегию лечения и затем контролировать, приводит ли это лечение к каким‐то результатам. А еще возможность стимулировать моторную (или речевую) кору бывает полезна при подготовке человека к нейрохирургическим операциям, чтобы заранее, до вскрытия черепа, уточнить границы участков, отвечающих за ту или иную функцию у конкретного пациента[125].

Но гораздо интереснее, конечно, применять ТМС не для диагностики, а непосредственно для лечения заболеваний мозга. Здесь внимательный читатель легко заметит противоречие: несколькими страницами раньше я чуть ли не клялась на “Происхождении видов…”, что изменения активности коры, возникшие в результате транскраниальной стимуляции, всегда кратковременные, ну, самое большее, на час, так что приходите, мол, на эксперименты и ничего не бойтесь, вы останетесь таким же человеком, как и были.

Я все могу объяснить. Для этого мне понадобится провести аналогию с тем, как работает человеческая память. В конце первой главы я рассказывала вам про людей, которые пережили сильные повреждения мозга, но удивительно легко отделались. Например, упоминала пациентку C. G. из Аргентины, которая после двух тяжелых инсультов благополучно справлялась со всеми неврологическими тестами, которые ей предлагали врачи. Было такое? Вы читали и вам было все понятно? Внимание, вопрос. Можете ли вы сейчас перечислить, какие конкретно неврологические тесты она проходила?

Я надеюсь, что нет. Вы в тот момент взяли это в кратковременную память, но потом выкинули из головы, как мы вообще делаем с большей частью информации, с которой сталкиваемся в течение дня. Впрочем, не совсем выкинули: если я вам сейчас напомню, что среди прочего ей предлагали закончить предложение, используя слово, подходящее грамматически, но не по смыслу (“Москва – столица нашей ежевики”), то вы подумаете: “Ах да, что‐то такое было”.

Более того, прямо сейчас из‐за моего вмешательства ваши воспоминания о пациентке C. G. укрепились. Это потому, что я заставила вас еще раз прогнать электрические импульсы по тем нейронам, которые в вашем мозге взяли на себя знакомство с пациенткой C. G. А каждый раз, когда вы используете какие‐то нейроны вместе, в них происходит магия[126] и повышается вероятность того, что они соединятся друг с другом в более прочную сеть. Это и есть формирование долговременной памяти.

Существенно здесь то, что я могу заставить вас активировать эти нейроны с помощью текста книжки, а могла бы, в принципе, и с помощью электромагнитного поля – если бы существовала технология, позволяющая прицельно их найти и выборочно на них воздействовать. Вообще, важно понимать, что любые методы искусственного воздействия на мозг, от наркотиков до электродов, эффективны постольку, поскольку они способны вмешиваться в те процессы, которые наш мозг, в принципе, может осуществлять совершенно самостоятельно. У нас так или иначе где‐то есть нейроны для всего: чтобы учитывать общественное мнение, чтобы испытывать грусть, чтобы думать про пациентку C. G. Стимуляция может заставить их работать лучше или хуже, но она не может принести вам те способности, для которых у вас нет и не может вырасти нейронных ансамблей. Например, ТМС едва ли способна научить вас слышать ультразвук. Вы же не летучая мышь. Тут без генных инженеров не справиться.

Когда мы говорим, что транскраниальная магнитная стимуляция вызывает в мозге обратимые, кратковременные изменения, – то мы правы. В том же самом смысле, в котором первое прочтение текста про пациентку C. G. вызвало у вас в мозге обратимые и краткосрочные изменения. Вы не стали запоминать надолго, что именно с ней делали. Но если бы я по какой‐то причине решила рассказывать вам о ней в начале каждой главы (и вы бы при этом не бросили чтение), то к концу книжки история C. G. оказалась бы основным, что вы вообще вынесли из всего текста.

Теперь представьте, что человек с катушкой стоял над вами не 10 минут всего один раз. А по 40 минут каждый день. Несколько недель подряд. И все это время он заставлял ваши нейроны активироваться. Произойдут ли в результате какие‐то долгосрочные изменения в вашем мозге? По-видимому, да. Какие конкретно? Честно говоря, черт его знает. Разные. Слишком грубое и нелокализованное воздействие по сравнению с чтением книжки про C. G.

Самых заметных успехов на сегодняшний день врачи добились в применении ТМС для лечения большого депрессивного расстройства. Несмотря на то что депрессия продолжает оставаться довольно загадочной болезнью, при которой точно задействовано много разных отделов мозга и много биохимических процессов, происходящих в нем, но, по крайней мере, еще в девяностые годы стало понятно, что для сохранения трезвого и оптимистичного взгляда на мир человеку нужна лобная кора. Особенно дорсолатеральная. Особенно в левом полушарии.

Мысль о том, что на нее стоит попытаться подействовать с помощью транскраниальной стимуляции, возникла случайно, как это обычно и бывает. Когда в девяностые годы Альваро Паскуаль-Леоне и другие пионеры применения ТМС, в восторге от открывшихся новых возможностей, интенсивно изучали подавление речи, их испытуемые иногда начинали плакать. Сначала ученые предположили, что люди плачут просто от растерянности, что вот они могли говорить, а теперь не могут – кому такое понравится? Но потом углубились в чтение исследований о функциях лобной коры и заподозрили, что наткнулись на что‐то более интересное. К тому моменту уже было известно, что люди с повреждениями левой дорсолатеральной префронтальной коры (развившимися в результате инсульта или рассеянного склероза) страдают от депрессии чаще, чем пациенты, у которых болезнь затронула другие участки мозга. Что фармакологическое подавление работы левого, но не правого полушария (этого можно добиться, если ввести лекарства в сонную артерию – по медицинским показаниям, конечно) приводит к ухудшению настроения. Что у пациентов с депрессией снижена активность левой лобной коры и это видно во время фМРТ. Так что Паскуаль-Леоне взял (для начала) десять здоровых испытуемых, подавил им активность левой префронтальной коры, дал психологические опросники и убедился, что по шкале “грусть” они теперь набирают больше очков, а по шкале “счастье” – меньше[127]. А значит, наоборот, если подобрать такие параметры стимуляции, чтобы кора работала более активно, то это может поспособствовать улучшению настроения. И это начали интенсивно исследовать.

Сегодня высокочастотная стимуляция левой дорсолатеральной префронтальной коры[128] – в виде ежедневных продолжительных сеансов – предлагается тем пациентам, которым не помогли никакие более мягкие методы лечения депрессии. ТМС тоже помогает им не всегда. В систематическом обзоре[129], обобщающем результаты лечения 1371 пациента, говорится, что через 13 дней стимуляции полностью избавились от депрессии или по крайней мере показали значительное улучшение 47,9 % пациентов. Но в плацебо-группе этим могли похвастаться только 15,4 % участников, а значит, применение ТМС имеет смысл. Еще в 2008 году этот метод был одобрен FDA, то есть признан достаточно безопасным и эффективным, чтобы рекомендовать его для рутинного использования в клинике – еще раз подчеркну, только для тех пациентов, которым не помогли психотерапия и антидепрессанты.

Но как конкретно работает такое лечение? Я как популяризатор была бы больше всего счастлива, если бы изменения в мозге после ТМС были видны прямо на структурной томограмме. Это было бы очень просто объяснить. Вот мы подействовали на мозг, вот в нем наросло настолько много новых синапсов, что этот участок коры прямо увеличился в объеме, – все понятно, все видно, дайте нам следующий слайд. Но нет. Новые синапсы, наверное, растут, но не в тех масштабах, чтобы это было заметно без вскрытия. Вместо этого приходится использовать разнообразные более тонкие методы исследования, они показывают много разных изменений, причем нет никаких гарантий, что все эти изменения действительно связаны именно с лечением и ведут к ослаблению симптомов депрессии.

[116] Да, я все время о нем говорю. Я вообще большой фанат и апологет Вышки, а тут у меня к тому же конфликт интересов: от одного из авторов статьи, которую я сейчас буду описывать, мне когда-нибудь понадобится рекомендательное письмо. Впрочем, книжка мне не поможет, потому что он не читает по‐русски.

[117] Vukovic, N. et al. (2017). Primary motor cortex functionally contributes to language comprehension: an online rTMS study. Neuropsychologia, 96, 222–229.

[118] Camus, M. et al. (2009). Repetitive transcranial magnetic stimulation over the right dorsolateral prefrontal cortex decreases valuations during food choices. European Journal of Neuroscience, 30 (10), 1980–1988.

[119] И снова я должна заявить о конфликте интересов. Хотя конкретно эти исследования Ключарев делал еще не в Вышке, но теперь‐то он там. Создавал ту самую магистратуру, в которой я училась, читал мою книжку до публикации, писал мне отзыв на обложку. Мне кажется, это все не повод не рассказывать вам, какие классные штуки он делал, но знайте, что я пристрастна.

[120] Klucharev, V. et al. (2009). Reinforcement learning signal predicts social conformity. Neuron, 61 (1), 140–151.

[121] Zaki, J. et al. (2011). Social influence modulates the neural computation of value. Psychological Science, 22 (7), 894–900.

[122] Klucharev, V. et al. (2011). Downregulation of the posterior medial frontal cortex prevents social conformity. The Journal of Neuroscience, 31 (33), 11934–11940.

[123] В принципе, это правда, просто в очень обтекаемой формулировке. Это стандартная практика: сначала людям сообщают о целях исследования в максимально размытом виде и только после экспериментов признаются, какую гипотезу проверяли на самом деле. Это важно для того, чтобы испытуемые не пытались, сознательно или бессознательно, подстраиваться под ожидания экспериментаторов.

[124] Groppa, S. et al. (2012). A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clinical Neurophysiology, 123 (5), 858–882.

[125] Picht, T. et al. (2011). Preoperative functional mapping for rolandic brain tumor surgery: comparison of navigated transcranial magnetic stimulation to direct cortical stimulation. Neurosurgery, 69 (3), 581–589.

[126] Вы правильно подозреваете, что магия связана с NMDA-рецепторами, но не только с ними. Подробнее я расскажу в следующей главе.

[127] Pascual-Leone, A. et al. (1996). Lateralized effect of rapid-rate transcranial magnetic stimulation of the prefrontal cortex on mood. Neurology, 46 (2), 499–502.

[128] Строго говоря, существует много экспериментальных протоколов, и не все исследователи работают именно с левым полушарием – некоторые пробуют подавлять активность коры с правой стороны или сочетать воздействие на оба полушария. Но самый распространенный подход именно такой.

[129] Berlim, M. T. et al. (2014). Response, remission and drop-out rates following high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) for treating major depression: a systematic review and meta-analysis of randomized, double-blind and sham-controlled trials. Psychological Medicine, 44, 225–239.