Мозг против мозга. Mind vs brain: читать начало книги онлайн

Этот пример как нельзя лучше отражает соотношение фундаментальных и прикладных исследований. На протяжении ста лет сведения о мозговом кровотоке имели исключительно научную ценность, а теперь приборы для его измерения стоят в каждой уважающей себя клинике. Это показывает, с одной стороны, силу человеческого разума, а с другой – зависимость реализации идей от развития техники. Леонардо да Винчи придумал и вертолет, и многое другое, но его изобретения невозможно было воплотить в жизнь. Не было двигателей, сплавов и еще много чего. Не было должной культуры производства. Изобретатель паровой машины Уатт считал, что машина собрана удовлетворительно, если в щель между поршнем и цилиндром пролезает только монета размером в шиллинг. Сравните с современными двигателями. Человеческий мозг обладает потрясающей особенностью «парить» высоко в небе с твердой уверенностью, что все сегодняшние проблемы в конце концов будут преодолены. Это, конечно, не всегда случается, но если все-таки происходит, то неминуемо означает прорыв.

Физиологическое действие электрического тока было известно еще со времен Алессандро Вольта и Луиджи Гальвани. Тысячи студентов-биологов касались препарированной лапки лягушки и видели ее сокращение. В начале ХХ века прецизионным вольтметром измеряли потенциалы с поверхности кожи, но их значение было не очень понятным. В первой четверти ХХ века изобретение радио потребовало создания усилителей переменного тока. Вот он, технический прорыв! Появилась возможность регистрировать колебания не вольтовой, а милли- и микровольтовой амплитуды.

Немецкий ученый Ганс Бергер (рис. 29) положил электроды на скальп человека, подсоединил их к усилителю и записал первую в мире электроэнцефалограмму (рис. 30). Электрические сигналы, генерируемые мозгом, были записаны с поверхности кожи головы.

Рис. 29. Ганс Бергер (1873–1941) – немецкий физиолог и психиатр, один из создателей метода электроэнцефалографии

Рис. 30. Запись первой в истории электроэнцефалограммы, сделанной Гансом Бергером в 1924 г.

Опять же роль технического прогресса: тот факт, что мозг генерирует электричество, открыл еще в 1875 году английский врач Ричард Катон, но без соответствующей техники было непонятно, что с этим открытием делать. А «волны Бергера» – так их называли – сразу произвели революцию в исследованиях мозга. Хотя стоит заметить, что какое-то время ему не верили: столь невероятным казалось, что это сигналы прямо из мозга, проходящие сквозь мозговые оболочки, череп и кожу. Чтобы доказать свою правоту, Бергер решился на отчаянный шаг: сделал трепанацию черепа своему 15-летнему сыну и сравнил сигналы ЭЭГ с поверхности головы с сигналами, поступающими непосредственно с поверхности мозга (рис. 31).

Рис. 31. Схема регистрации электроэнцефалограммы с использованием подкожных игольчатых электродов

С тех пор благодаря трудам Анри Гасто, Грея Уолтера, Михаила Ливанова и многих других выдающихся ученых ЭЭГ стала основным инструментом исследования мозга. Я назвал только троих замечательных исследователей, на самом деле их много больше. Просто двоих из них мне посчастливилось знать лично.

Появление ЭЭГ стало прорывом. Еще бы! Мы можем наблюдать за работой мозга не опосредованно, а напрямую, следя за дрожанием пера самописца на бумаге. Мы видим, как она меняется при переходах от состояния к состоянию. Ощущение при записи ЭЭГ такое, что мозг пытается что-то нам сказать, а мы не понимаем. Позже была обнаружена неоднородность ЭЭГ – ритмы, сменяющие друг друга, которые назвали буквами греческого алфавита (альфа, бета, гамма), по возрастанию частоты. А потом были открыты еще дельта- и тета-ритмы, уже так называемые медленные. Обнаружение каждого ритма стало микросенсацией. Грей Уолтер открыл один из основных ритмов ЭЭГ – альфа-ритм. Кстати, сам он очень гордился, что у него его не было, считая данную особенность признаком гениальности.

Сейчас эти ритмы подразделяются еще более узко и имеют важное значение как в диагностике заболеваний, так и в исследованиях высших видов деятельности. Например, локализация активности медленных волн в какой-то области может указывать на наличие опухоли. Этому, в частности, посвящена монография Н.П. Бехтеревой «Биопотенциалы больших полушарий головного мозга при супратенториальных опухолях». Сейчас при подозрении на опухоль или гематому больного тут же направляют на КТ- или МРТ-исследование. В большинстве случаев опухоль видна. А тогда это было настоящее мастерство, искусство – поставить диагноз при помощи ЭЭГ. Помню, как моя мать, которая в то время руководила лабораторией электрофизиологии Института нейрохирургии им. А.Л. Поленова, поздно вечером приходила домой и гордо сообщала, что опухоль была обнаружена именно в том месте, где она указала.

Французский невролог и исследователь Анри Гасто (рис. 32) был настоящим подвижником ЭЭГ. Он считал, что с помощью этого метода можно раскрыть все тайны мозга. В 50-е годы прошлого века он даже пытался организовать межцентровую (как мы сказали бы сейчас) программу по изучению мозговой организации мышления с помощью ЭЭГ. К сожалению, программа провалилась не по причине логического и научного несовершенства, а из-за отсутствия материальной базы (компьютеров). ЭЭГ давала 10 минут сигнала с частотой порядка 20 Герц (3–30), да еще по двадцати каналам. Чтобы все это проанализировать, были необходимы ЭВМ. Визуальный анализ, на который надеялся Гасто, оказался малоинформативным. Вот еще один пример гениальной идеи, опередившей свое время; сейчас компьютерная ЭЭГ стала мощным инструментом изучения процессов мышления в мозге.

Рис. 32. Анри Гасто (1915–1995) – французский невролог и эпилептолог

Целую эпоху в науке о мозге составляют труды Грея Уолтера, которого многие ученые называли просто Грей. Одно перечисление лишь некоторых его достижений выглядит впечатляюще. Еще будучи студентом, он увлекся «волнами Бергера» и занялся электроэнцефалографией. Его можно назвать одним из основателей клинической ЭЭГ. Имея биологическое образование, он прекрасно разбирался в технике и собирал приборы специально для этих измерений. Это, в частности, позволило ему внедрить автоматический частотный анализ ЭЭГ и метод топоскопии – пространственного изучения электрических процессов в мозге. Именно Грей впервые зарегистрировал электрическую активность обнаженного головного мозга человека во время нейрохирургических операций и с помощью так называемых вживленных электродов (14). Одним из первых он применил метод хронического вживления электродов в головной мозг по клиническим показаниям и открыл с его помощью новую форму электрических реакций – Е-волну, известную как «волна ожидания» (15), открыл и проанализировал медленные электрические колебания ЭЭГ – дельта-волны, характерные для очагов патологии, и тета-волны, сопровождающие эмоциональные реакции.

Грей Уолтер создал несколько кибернетических обучающихся моделей. В детстве я видел по телевизору одну из первых его кибернетических черепашек, которая передвигалась по комнате, обходя препятствия. Это, конечно, не современный марсоход, но ведь и времена были другие. Он хорошо относился к нашей стране, пытался создать взаимную кооперацию (рис. 33), поставить свой топоскоп в одну из наших лабораторий, привлекая к этой деятельности даже леди Клементайн Черчилль. Однажды по приглашению Н.П. Бехтеревой прожил неделю у нас дома, в Ленинграде. Как я жалею сейчас, что в 1963 году не был способен оценить уникальность этого общения!

Не могу не сказать о Грее Уолтере более подробно, настолько яркой и запоминающейся личностью он был. Анархист по убеждению, он не хотел связываться с официальными университетами и всю жизнь проработал в полунищем институте, существовавшем на завещанные деньги. Причем условием контракта было отсутствие пенсии. Был трижды женат, имел пять детей. Ездил на скутере, что привело к трагическому финалу. Был крайне привлекательным. С другой стороны, было немало людей, относившихся к нему с настороженностью, которых шокировал его бьющий идеями разум, парадоксальность мышления – качества, характерные для выдающегося ученого.

Рис. 33. Н.П. Бехтерева и Грей Уолтер руководят симпозиумом в Ленинграде (1974 г.)

ЭЭГ развивалась очень быстро, особенно мощный толчок ей дало применение вычислительных мощностей. Появилась даже ЭЭГ-томография – так называемая LORETA (16), суть которой заключается в построении на скальпе полей в мозге по потенциалам. Сначала записывают электрические потенциалы с поверхности головы. Затем, используя законы электродинамики, рассчитывают, какие потенциалы внутри мозга могут генерировать подобные потенциалы на скальпе, и таким образом можно получить информацию о поведении корковых структур. Появился и активно применяется метод вызванных потенциалов (ВП). На основе их исследования можно многое сказать о процессах в мозге и даже определить вероятность будущих заболеваний. Что это такое? Предполагается, что мы регистрируем электрический сигнал, состоящий как бы из двух составляющих: сигнала, отражающего работу мозга по обеспечению исследуемой деятельности, и «шума». Далее предполагается, что сигнал возникает каждый раз, когда мы «дергаем за веревочку» – заставляем испытуемого выполнять определенное задание. А шум не зависит от стимулов, поэтому будет расти медленнее. Говоря математически, сигнал будет расти пропорционально числу повторений эксперимента, а шум – пропорционально корню из этого числа. Этот метод называется методом вызванных потенциалов или потенциалов, связанных с событием. Его применяют сегодня повсеместно.

С помощью анализа ЭЭГ и анализа вызванных потенциалов были получены интересные результаты. Существует большое число различных приемов, с помощью которых можно пролить свет на многие аспекты деятельности мозга. Академик М.Н. Ливанов исследовал, как различные зоны мозга объединяются в системы. Речь идет о больших зонах, поскольку пространственное разрешение ЭЭГ невелико. Начинали со снятия биопотенциалов с восьми точек. Вот он записывал восемь (а позже и больше) отведений и смотрел, как соотносятся ритмы в этих зонах. Если наблюдал какую-то взаимосвязь, полагал, что эти зоны так или иначе связаны. Он даже создал прибор, который назывался «телевизор мозга», разновидность топоскопа Грея Уолтера, на экране которого перемигивались звездочки отведений в зависимости от взаимовлияния (рис. 34). Эта идеология исследования системной организации мозга используется до сих пор.

ЭЭГ и его аналоги в настоящее время стали мощным методом исследования работы мозга благодаря в первую очередь применению компьютерной техники. Именно она позволяет выделять сигнал из внешне беспорядочных колебаний биопотенциалов мозга в его динамике.

Рис. 34. Н.П. Бехтерева с сотрудниками перед «телевизором мозга» М.Н. Ливанова (середина 1950-х гг.)

А что же с кровотоком, с разговора о котором началась глава? До середины 80-х годов прошлого века – практически ничего, за исключением исследований на животных и исследований у больных с имплантированными долгосрочными интрацеребральными электродами (17). Последнее – только в отделе Н.П. Бехтеревой и еще в двух лабораториях в мире. Но в целом эти работы были на обочине столбовой дороги. ЭЭГ затмевала все. Это, кстати, очень поучительная история. С появлением качественно других методов – МРТ и ПЭТ – ЭЭГ, напротив, приходится доказывать свою значимость.

Это избитая фраза, но подлинной революцией стало использование для диагностики рентгеновских лучей, за открытие которых, как известно, была присуждена первая Нобелевская премия по физике. С тех пор стало традицией присуждать Нобелевские премии за создание новых методов интровидения. Суть рентгеновской диагностики, напомню, состоит в том, что степень проницаемости (прозрачности) различных тканей человеческого тела для рентгеновских лучей, во-первых, значительно выше, чем для световых лучей (поэтому они проходят сквозь тело); во-вторых, различна для разных тканей. Поэтому в этом театре теней хорошо видны переломы, так как имеется существенная разница в проницаемости целой и дефектной кости. Несколько сложнее, но опытным глазом можно достаточно четко различить и другие особенности, причем не только костей, но и мягких тканей.

Тем не менее рентгеновский снимок – это проекция трехмерного объекта на плоскость со всеми вытекающими искажениями и неопределенностями; возникло большое число приемов, улучшающих качество изображения. Каждый, кому делали рентгеновские снимки (а их делали почти всем), помнит, что его специально «укладывали» перед источником лучей. Для каждой части тела существует своя «укладка», предоставляющая врачу оптимальный вид. Правда, это были несущественные улучшения, как любое рацпредложение по сравнению с созданием нового метода, но они стимулировали интерес к созданию новых аппаратов. Хотелось получить в полном виде картину внутренних органов живого организма, не разрушая его.

Закономерно возникает вопрос о предпочтительном способе изображения трехмерной картины расположения внутренних органов. Трехмерный объект наиболее удобно отражать на двухмерном носителе (рентгеновская пленка, экран дисплея) в виде набора срезов, или томограмм. Отсюда и появилось название для приборов, позволяющих получить такую картину, – томографы.