Механизмы мозга: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Заключение

Прежде чем покинуть область электроэнцефалографии и эпилепсии, удостоверимся еще раз в том, что нам понятен основной смысл приобретенных нами сведении. Исследование ЭЭГ у здоровых людей дает нам дополнительные указания на то, что по крайней мере некоторые свойства процессов, происходящих в мозгу, в значительной мере определяются действием известных законов электрических цепей. Особое значение для наших целей имеет несомненная корреляция между электрической активностью мозга и степенью его реактивности.

В результате применения электроэнцефалографии и изучению эпилепсии был не только впервые пролит свет на эту загадочную болезнь, но и получены дополнительные указания на электрическую природу психических явлений. Теперь ясно, почему существует так мною форм эпилепсии с такими различными симптомами. Все зависит от того, какая часть головного мозга поражена. Поскольку все ощущения и моторная активность всех частей тела управляются различными отделами мозга, возможные проявления эпилепсии почти так же разнообразны, как и детали нормального человеческого поведения.

Особый интерес представляют психические проявления этой болезни. Чувства благоговения, вдохновения, экстаза и ощущение «ясновидения», иногда охватывающие больного перед припадком, так же как и возникающие в некоторых случаях сложные зрительные и слуховые галлюцинации, составляют первое из приведенных в нашей книге свидетельств того, что высшие умственные и эмоциональные процессы зависят от таких же нейронных электрических токов, какие управляют вашими мышцами и железами и лежат в основе наших ощущений и рефлексов.

Литература

1. Adey W. R., et. al., «EEG Records from Cortical and Deep Brain Structures during Centrifugal and Vibrational Acce-lerations in Cats and Monkeys», Institute of Radio Engi-neers Transactions of Bio-Medical Electronics, vol. BME-8, pp. 182—188 (1961).

2. В a r 1 о w J. S., «Rhythmic Activity Induced by Photic Sti-mulation in Relation to Intrinsic Alpha Activity of the Brain in Man», Electroencephalography and Clinical Neu-rophysiology, vol. 12, pp. 317—326 (1960).

3. В г a z i e r M. A. B., Barlow J. S., «Autocorrelation and Crosscorrelation Studies of the EEG in Man», Electroence-phalography and Clinical Neurophysiology, vol. 8, p. 325 (1956).

4. В г a z i e r M. A. B., The Electrical Activity of the Nervous System, ed. 2, The Macmillan Company, New York, 1960.

5. Pfeiffer J., The Human Brain, Harper and Row, Publi-shers, Incorporated, New York, chap. 11, «The Sacred Di-sease», 1955.

6. R u s s e 1 1 W. R., Brain, Memory, Learning, Oxford Univer-sity Press, Fair Lawn., N. J., chap. IX, «Epilepsy», 1958.

7. Sem- Jacobsen C. W., «Electroencephalographic Study of Pilot Stresses in Flight», Aerospace Medicine, pp. 797—801 (November 1959).

8. W a 11 c r W. G., The Living Brain, W. W. Norton and Company, Inc., New York, chap. 4», revelation by Flicker», 1953.

7 Центры, управляющие эмоциями и сознанием

Изучение электрической активности мозга и эпилепсии показало нам, что сознательная деятельность головного мозга, возможно, связана с электрическими процессами, аналогичными тем, которые, как мы выяснили, лежат в основе автоматических управляющих функций. Но до сих лор мы имели лишь косвенные указания. Их еще недостаточно для того, чтобы обсуждать вопрос о возможности объяснения психической деятельности на основе процессов, сходных с процессами, происходящими в вычислительных машинах. В этой главе мы познакомимся с другими данными об отношении между электрическими и психическими явлениями, особенно с тем, что известно о специфических участках головного мозга, контролирующих наши эмоции и сознательное поведение.

Данные сравнительной анатомии

Мы уже имели случай отметить, насколько помогают биологу в его трудных исследованиях черты сходства между видами. Мы видели, что головной мозг шимпанзе как по строению, так и по функции не особенно отличается от мозга человека, что собака и кошка поразительно сходны в этом отношении с шимпанзе и что большая часть данных, полученных в экспериментах с крысами, находит себе близкую аналогию в анатомии и физиологии высших животных. Разумеется, никогда нельзя с достоверностью предсказать, что результаты опытов на животных одного вида будут приложимы к животным другого вида. Однако такие экстраполяции позволяют делать весьма вероятные заключения, так как имеется множество независимых подтверждений того, что сходные по виду и расположению органы у различных животных действительно выполняют сходные функции. Эта уверенность подкрепляется еще и тем, что различия в деталях анатомического строения сходных органов часто оказываются логически связанными с наблюдаемыми различиями в образе жизни и способностях животных. Количество ткани, отведенное в коре головного мозга для управления кистью руки у человека, рылом у свиньи и областью рта у лошади, — это лишь один из примеров такой анатомо-физиологической корреляции.

Методы сравнительной анатомии можно использовать для поисков косвенных указаний на то, какие отделы мозга скорее всего участвуют в контроле эмоциональных процессов. Мы знаем, что эмоции свойственны всем высшим животным; они не являются уникальной или хотя бы преимущественной особенностью человека. Во всяком случае, судя по внешним проявлениям, аллигаторы, крысы и птицы также эмоциональны, как и мы сами. Совсем иначе, по-видимому, обстоит дело с процессами мышления. Наблюдения убедили нас в том, что животных по этому признаку можно расположить в определенной последовательности. Мы полагаем, что человек умнее шимпанзе, а шимпанзе в свою очередь сообразительнее, чем кошки и собаки. Куры, как мы знаем, не блещут умом, что же касается ящериц и аллигаторов, то те, кто имел с ними дело, считают их просто глупыми. Вывод, имеющий отношение к сравнительно-анатомическому подходу, очевиден: процессами мышления управляют скорее всего те отделы головного мозга, которые претерпели наиболее сильное развитие в ряду от самых «глупых» животных до человека; с эмоциональным же поведением скорее всего связаны отделы, не обнаруживающие столь бурного прогрессивного развития. Посмотрим, какие заключения можно сделать, исходя из этого простого предложения.

На рис. 19 показаны последовательные изменения в анатомии головного мозга от лягушки до человека. (Мозг изображен сбоку, но следует помнить, что он всегда симметричен относительно средней плоскости, так что имеются два больших полушария, две обонятельные доли, две зрительные доли и т. д.) Хотя различия весьма значительны, определенные черты сходства не оставляют сомнения в том, что у всех этих животных головной мозг построен по одному общему плану. Во всех случаях спинной мозг расширяется, образуя луковицеобразный ствол головного мозга; сверху (у человека при вертикальном положении тела — сзади) к стволу примыкает сначала мозжечок — орган, который, как мы видели в гл. 4, участвует в стабилизации сложных движений тела, — а затем зрительные доли, где оканчиваются сотни тысяч или миллионы волокон, начинающихся в сетчатке каждого глаза. На переднем конце головного мозга всегда расположены две обонятельные луковицы, к которым подходят нервы от рецепторов носа. И всегда имеются большие полушария, отходящие от переднего конца мозга и разрастающиеся назад — иногда поверх некоторых структур мозгового ствола.

Нетрудно установить ряд корреляций между размерами частей мозга и биологическими особенностями животного. Сравните, например, мозжечок голубя с мозжечком ящерицы. Их относительные размеры совместимы с представлением, что сложные и высококоординированные движения тела при полете требуют соответственной сложности мозжечка, тогда как для обслуживания более простого способа передвижения ящерицы достаточно весьма малоразвитого органа. Точно так же большая величина зрительных долей у голубя и малые размеры его обонятельных долей, видимо, вполне соответствуют относительной роли зрения и обоняния у этой птицы. Крупные обонятельные доли у прыгунчиков (насекомоядные) согласуются с ведущей ролью обоняния в их поведении; в самом деле, у некоторых прыгунчиков такой длинный и подвижный нос, что они получили название слоновых прыгунчиков.

Если отбросить структурные различия, непосредственно связанные, по-видимому, с различиями в строении тела, то останется только одна крупная анатомическая особенность головного мозга, изменяющаяся от одной формы животных к другой, — полушария большого мозга. У лягушки полушария представляют собой небольшие вздутия (чуть больше других придатков мозгового ствола) и неуклонно увеличиваются по мере того, как мы переходим ко все более и более «умным» животным. Увеличиваясь от одного вида к другому, они разрастаются назад, окружая ствол мозга, и в конце концов — у обезьян и человека — образуют «плащ» из серого вещества (коры), который окутывает и скрывает большинство других отделов головного мозга. Очевидный вывод состоит в том, что именно функциям коры большого мозга человек обязан своим умственным превосходством над остальными животными. Напротив, в сравнительно мало изменяющемся стволе мозга должны были бы находиться центры управления процессами, которые поддерживают нашу жизнь, и формами поведения, общими для человека и животных, например эмоциями.

Прежде чем выяснять дальнейшие следствия, к которым ведет эта линия рассуждений, посмотрим, совместимы ли наши выводы с тем, что мы уже считаем известным о локализации функций в головном мозгу. Исходя из сравнительно-анатомических соображений, мы не должны были бы ожидать, что кора мозга существенна для сенсорных функций, для работы мышц и желез или для рефлексов, охраняющих жизнь и здоровье животного. Вполне логичным был бы скорее вывод о том, что кора не нужна ни для одной из этих функций, кроме, может быть, обоняния. По-видимому, полушария начинают развиваться в связи с обонятельным «входом» головного мозга; поэтому мы не удивились бы, если бы кора мозга оказалась необходимой для этой функции. Возможна, однако, и другая интерпретация: может быть, даже у примитивных животных большие полушария составляют лишь добавочный механизм для более тонкой обработки информации, связанной у них преимущественно с обонянием, так как выживание и благополучие этих животных зависит главным образом от эффективного использования обонятельных рецепторов.

В пользу того, что кора служит для более тонкой переработки информации, а не является обязательным участником сенсорных и моторных процессов, управляемых нервной системой, говорят анатомические данные иного рода. Эволюционный путь больших полушарий от простого переднего мозга лягушки до гигантской мозговой коры человека сопровождался также развитием новых связей коры со стволом мозга. Пучки нервных волокон направлялись из гипоталамуса, таламуса, ретикулярной формации и других центров ствола к ближайшим участкам окружающей коры. Это выглядит так, как будто каждая из важных областей ствола в конце концов получила свой собственный участок коры — для помощи в выполнении соответствующих функций. По существу, это может означать, что развитие коры большого мозга не ведет к возникновению какой-либо качественно новой способности, а только позволяет индивидууму осуществлять свои обычные функции более изощренно, точно и эффективно. Иными словами, повышаются его «умственные способности».

Но все ли физиологические данные согласуются с этой интерпретацией анатомических фактов? Часть их безусловно согласуется. То, что мы узнали из гл. 4 об автоматических процессах, соответствует такому представлению. Примеры, которые мы рассматривали, не случайно касались функций, регулируемых гипоталамусом или другими отделами ствола мозга; насколько известно, ни один из физиологических процессов, существенно важных для поддержания жизни, не контролируется корой. Животное может жить в течение многих недель после полного удаления коры большого мозга. Кошка после такой операции отдергивает лапу от колющего предмета, глотает молоко и отвергает кислоту, введенную ей в рог; она может стоять и ходить, мяукать, а иногда даже мурлыкать. Но эти реакции кажутся по существу бессознательными. По-видимому, у нее нет никаких «мыслей», и она действует как автомат.

Все это отлично согласуется с нашим выводом, основанным на сравнительной анатомии. Однако мы знаем ряд других фактов, которые на первый взгляд противоречат представлению о коре как об органе, служащем только для сложных и специализированны реакций Как быть с точной корковой локализациям зрительных и других сенсорных процессов, в которой мы ранее (гл. 2) усмотрели столь утешительную аналогию со схемами, применяемыми в электронных вычислительных машинах? И с таким же упорядоченным расположением в коре отправных пунктов электрических сигналов, управляющих мышцами? Предназначены ли эти кортикальные механизмы только для более совершенного осуществления вне-кортикальных функций? Могли бы мы видеть, чувствовать боль и управлять мышцами, если бы кору нашего мозга пришлось удалить?

В отношении человека ответ на такие вопросы можно получить лишь путем сопоставления многочисленных клинических наблюдений на больных с той или иной формой повреждения мозга. Эти наблюдения, по-видимому, не противоречат нашим выводам, основанным на данных сравнительной анатомии, пока дело идет о двигательном контроле и о простых сенсорных функциях. Удаление прецентральной извилины (двигательная зона коры — см. изображение «гомункулюса» на рис. 7) приводит к постоянному параличу противоположной стороны тела, но только в отношении тонких или сложных двигательных актов. Грубые движения не нарушаются, и даже сравнительно тонкие, но несложные движения лица и рта бывают лишь незначительно расстроены после удаления лицевой моторной области коры. Так же в общем обстоит дело и при удалении постцентральной извилины (сенсорная зона — см. рис. 8). Осязательное различение бывает сильно нарушено, но ощущения утрачиваются не полностью.

Со зрением, однако, дело обстоит совсем по-иному. Удаление зрительной коры у человека ведет к полной слепоте. По-видимому, факты здесь действительно несовместимы с представлением о том, что кора — это только инструмент для тонких и сложных реакций. Где-то на пути прогрессивной эволюции от низших животных к человеку возникло, очевидно, качественное отличие. Лягушка с удаленными полушариями, несмотря на весь автоматизм ее поведения, видит как будто бы так же хорошо. Не говорит ли это о разрыве непрерывности в развитии головного мозга от вида к виду — о разрыве, который должен поколебать наше доверие к сравнительно-анатомичеким соображениям? К счастью, видимо, разрыва здесь нет. По крайней мере есть еще одно возможное объяснение. В принципах сравнительной анатомии нет ничего, что исключало бы передачу функции одного органа другому, если только это происходит постепенным и упорядоченным образом в ходе превращения одних видов животных в другие. Можно представить себе, что в процессе прогрессивного усовершенствования, вершиной которого является мозг человека, зрительная функция постепенно все в большей степени переходила от ствола мозга к зрительной коре больших «полушарий. На определенном этапе этого процесса кора могла стать необходимой не только для интерпретации и детализации зрительных образов, но даже и для отличения света от темноты. Есть веские данные в пользу того, что дело обстояло именно так: если разрушить зрительную кору у крысы, различение сложных форм становится невозможным, но животное все еще способно узнавать пищевые объекты и избегать препятствий; у собаки разрушение зрительной коры ведет к более серьезным последствиям, но она все-таки может различать свет и темноту; у макака сохраняется лишь весьма грубое различение освещенности; у человека наступает полная слепота. Таким образом, у нас все же, по-видимому, нет причин отказываться от выводов, к которым нас привело изучение сравнительной анатомии.

Итак, пытаясь подойти к вопросу о том, в каких частях головного мозга могут находиться центры, управляющие различными типами поведения, мы извлекли некоторые указания из анатомического сравнения мозга животных, имеющих общее происхождение Мы подвергли этот подход некоторым проверкам, показавшим, что его правомерность не вызывает серьезных сомнений. Поэтому мы пойдем по пути, подсказанному этим подходом, и посмотрим, не поможет ли он нам ответить на интересующие нас вопросы. В частности, мы будем искать центры управления эмоциональным поведением в «древней» части мозга, которая у человека сравнительно мало отличается от соответствующих отделов мозга многих низших животных, — в стволе мозга и его придатках. Эти поиски в случае их успеха дадут нам большую уверенность в том, что именно кора большого мозга — орган, наиболее сильно изменившийся в ходе прогрессивной эволюции, — окажется ключом к пониманию высших умственных способностей человека.

Метод регистрации активности глубоких областей головного мозга

Внутримозговую локализацию управления такими функциями, как эмоциональные реакции, исследуют главным образом электрофизиологическими методами. Через отверстия, просверленные в надлежащих участках черепа, в различные структуры головного мозга вводят проволочные электроды, полностью изолированные на всем своем протяжении, кроме самого кончика. Эти электроды соединяют затем либо с приборами для регистрации электрических потенциалов, генерируемых в исследуемой ткани, либо с источниками тока, используемого для раздражения мозга. Об этих методах электрических измерений и электростимуляции мы уже упоминали в предшествующих главах. Однако при изучении функций, управляемых древними, центрально расположенными отделами мозга, применение электродов, вводимых во внутренние области мозга, настолько важно, что следует кратко описать самый метод, прежде чем рассматривать полученные с его помощью результаты.