Механизмы мозга: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

То, что мы узнали о функциях лобных долей, можно резюмировать следующим образом. Лобные доли не играют никакой роли в регуляции соматических процессов в организме. Их постоянная функция — это скорее всего какого-то рода посредничество между нашими эмоциональными стремлениями и интеллектуальной деятельностью; возможно, что этим обусловлено установление мотивационных связей, побуждающих нас к организации мыслей и действий для достижения наших целей, а также удерживающих нас от поступков, которые противоречили бы нашим интересам высшего порядка. Может быть, лобные доли выполняют и «эпизодическую» роль — когда остальной мозг привлекает их к участию в особо трудных видах умственной деятельности. Поэтому повреждение лобных областей должно вести к наиболее серьезным последствиям у тех, кто больше всего бывает занят сложной и абстрактной мыслительной работой, — у детей, которым приходится постоянно усваивать новые представления, и у сравнительно небольшого числа взрослых, которые сохраняют способность к обучению, конструктивно мыслят и занимаются творческой деятельностью.

Речь

Если существует какая-либо способность, свойственная только человеку, то это дар речи. Пчелы имеют язык знаков, с помощью которого они могут сообщать другим особям о характере найденного корма, приблизительном направлении и расстоянии до него; птицы пользуются разнообразными знаками и звуками для предупреждения об опасности и в ситуациях, связанных с размножением; умных собак можно научить надлежащим образом реагировать на несколько десятков словесных команд. Но все это простые, прямые связи. Реакции хорошо выдрессированных собак на такие приказания, как «перевернись!» или «умри!» ясно указывают на понимание, и все-таки это нечто качественно совершенно отличное от свойственного среднему человеку умелого использования языка — системы символов и значений, не имеющей эквивалента в животном мире, системы, с помощью которой мы можем вызывать и связывать между собой группы ассоциаций, называемых «идеями», что, по-видимому, недоступно никакому другому живому существу. При помощи языка человек может передавать свою мысль родственному уму так, как это не способно делать ни одно животное.

Ввиду этого очевидного превосходства человека явления, связанные с речью, неизбежно должны были привлекать большое внимание. Вскоре после необыкновенного происшествия с Финеасом Гейджем начали появляться сообщения о наблюдениях над влиянием мозговых травм на речь. Особое место в этих ранних исследованиях принадлежит работам Поля Брока. Известный французский хирург, в 1861 г. — секретарь Антропологического общества — Брока воспользовался рядом представившихся ему случаев произвести посмертное исследование головного мозга у больных, у которых незадолго до смерти возникли серьезные расстройства речи. Эти исследования дали первые указания на то, что расстройстве речи может быть вызвано повреждением определенных участков мозга.

«Запретная зона»

После работ Брока многие ученые занимались выяснением роли различных участков мозга в явлениях, связанных с речью. В последние годы ведущая роль в этой области исследований принадлежала Неврологическому в Монреале, руководимому У. Пенфилдом. Эта важная работа началась 30 лет назад, когда Пенфилд и его сотрудники занялись лечением очаговой эпилепсии путем радикального хирургического удаления патологически измененных участков мозга. В те времена в результате ранних открытий Брока и других ученых господствовало мнение, что область мозга, контролирующая речь, располагается вдоль боковой поверхности доминирующего полушария — на левой стороне мозга у правшей и на правой у левшей. Ввиду широкого использования механизмов речи в высшей умственной деятельности в то время обычно отказывались от радикальных операций на доминирующем полушарии, если только опухоль или иные поражения мозга не находились далеко впереди или позади центральной области — соответственно в лобной или затылочной доле.

Однако, считая столь значительную часть мозга «запретной зоной», хирурги вынуждены были отказывать в помощи многим больным с травмами или опухолями, которые вызывали хронические эпилептические симптомы и нередко при распространении процесса вели к прогрессирующей дегенерации и к смерти. Тем временем под наблюдение врачей поступало все больше больных с очаговой эпилепсией, обусловленной повреждениями и небольшими опухолями в той самой области, которая, судя по прежним данным, жизненно важна для управления речью, а между тем у многих из этих больных не было речевых расстройств. Это натолкнуло Пенфилда и его сотрудников на мысль, что, может быть, не всю ту область, которую прежние исследователи объявили «запретной», действительно следует считать таковой и что более точное определение речевых зон позволило бы расширить область возможных оперативных вмешательств с целью удаления измененной ткани и облегчения эпилептических симптомов.

Построение карты речевых зон

Средством, которое избрал Пенфилд для более точного изучения топографии речевых областей коры, был современный метод электрического раздражения. Пенфилд рассуждал примерно следующим образом. Введение электрода и пропускание залпа электрических импульсов через участок коры, ответственный за прием сенсорной информации или за передачу двигательных команд, обычно вызывает внешние реакции, позволяющие установить нормальную функцию данного участка. Если пункт, выбранный для электрического раздражения, находится в зрительной коре, го пропускаемый ток «выключает» у испытуемого некоторый участок поля зрения и заполняет его вспышками света. Точно так же стимуляция слуховой коры блокирует нормальные приемные каналы от ушей и вызывает в мозгу ощущение беспорядочного шума отдельных резких звуков; раздражение участка постцентральной сенсорной коры может вызвать чувство онемения в большом пальце правой руки, который и то же время теряет свою нормальную способность к осязательному различению. Поэтому Пенфилд полагал, что нечто подобное должно произойти и в том случае, если он будет раздражать область коры, участвующую в управлении речью. Ввиду сложности речевых процессов он не ожидал, что сможет заставить испытуемого произносить определенные слова или фразы, но думал, что естественно было бы ожидать иного, негативного, результата, обычно вызываемого таким раздражением, — нарушения определенной стороны речевого процесса, контролируемого раздражаемым участком коры. Пенфилд надеялся, что при проведении операции на мозге под местной анестезией, когда больной находится в полном сознании и способен «сотрудничать» с исследователем, можно будет точно определять границы специфических участков коры, электрическое раздражение которых препятствует нормальной речи.

Подобное описание, в котором на первый план выдвигается разработка нового метода для более глубокого проникновения в сущность мозговых механизмов, легко может создать неверное представление о подходе таких исследователей, как Пенфилд и его сотрудники, к своим больным. Эти люди — врачи, а не экспериментаторы. В каждом случае они применяют свое искусство и свои знания таким образом, чтобы вероятность улучшения в состоянии больного в результате операции была максимальной. Когда они вводят электроды в обнаженную кору мозга, раздражают ее электрическим током и регистрируют внешние реакции, то это всегда делается с целью выяснить локализацию специфического поражения У данного больного, с тем чтобы последующие действия хирурга были наиболее эффективными. По этой причине при исследовании одного больного мало что можно сделать нового — такого, что уже не было прежде успешно проверено на других.

Но, поскольку отдельные больные в какой-то мере отличаются друг от друга как по своей конституции, так и по характеру поражения, нередко тот или иной новый случай применения уже испытанного метода электрофизиологического исследования дает возможность кое-что узнать о неизвестной ранее стороне мозговой функции. Когда хирург является в то же время и ученым и когда он из года в год производит операции, стремясь облегчить страдания многих сотен больных, он может получить целый ряд новых сведений. Именно таким путем группа ученых Неврологического института в Монреале медленно и осторожно разрабатывала подход, приведший к созданию нового мощного метода. Ибо метод Пенфилда оказался эффективным. Действительно были найдены участки коры, раздражение которых в тот момент, когда больной говорил, тотчас же вызывало резкое расстройство речи. Установление точной топографии областей коры, электрическое раздражение которых ведет к таким нарушениям, и определение характера этих нарушений дало важные косвенные указания относительно того, как головной мозг управляет речью.

Характер нарушений речи, вызываемых электрическим раздражением

Пенфилд и его сотрудники с самого начала знали, что есть один вид нарушений речи, который они, несомненно, могли бы вызывать, но который представлял бы для них мало интереса, это нарушения, связанные с подавлением функции той части мозга, которая управляет мускулатурой речевых органов. Было известно, что такого результата легко достичь раздражением через электрод, введенный в прецентральную моторную зону, в область, контролирующую мышцы губ, языка и гортани Раздражение этой области действительно нарушает речь больного или делает ее совершенно невозможной. Но это был чисто мышечный эффект; он часто сопровождался непроизвольными сокращениями мышц, и после окончания раздражения больной подтверждал, что единственной осознаваемой помехой для речи была невозможность управлять мышцами. Этого рода нарушение наблюдалось только при стимуляции хорошо установленных моторных областей коры. Кроме того, только при раздражении таких областей иногда возникали положительные эффекты. При определенных положениях электрода пропускание тока вызывало у испытуемого «вокализацию», т. е. он долго тянул какой-либо гласный звук. Помимо таких понятных исключений, эффект электрического раздражения всегда был негативным; он состоял в нарушении речевых процессов, в полном соответствии с предварительной рабочей гипотезой Пенфилда.

Но Пенфилда интересовало прежде всего воздействие электростимуляции на процессы мышления, лежащие в основе речи. Неспособность больного нормально говорить, несмотря на сохранение достаточного контроля над мышцами, специалисты называют афазией. Вызванная электрическим раздражением афазия была ярко продемонстрирована во многих испытаниях, проведенных Пенфилдом. Один больной, которого во время раздражения речевой области попросили назвать предмет, изображенный на картинке, сказал. «О, я знаю, что это такое! Это то, на что надевают ботинок». После удаления электрода он добавил: «Нога». Немного позже он не смог дать название изображенному на картинке дереву, хотя знал, что это было, и правильно назвал его, как только раздражающий ток был выключен. Другой больной во время электрического раздражения не смог вспомнить слово «гребень», хотя, когда его спросили о назначении предмета, ответил: «Я причесываю им волосы». Его еще раз попросили назвать предмет, но он не смог этою сделать, пока электрод не был отключен.

Из того, что больные рассказывают о своих ощущениях во время таких испытаний, ясно, что при этом нарушается работа лишь некоторой части механизма речи. Больной узнает предмет, который он пытается назвать, его речь почти во всех отношениях нормальна, но по какой-то причине он уже не имеет «доступа» к употребительным словам, обычно легко всплывавшим у него в памяти. Убедившись, что он не может вспомнить нужное слово, он часто старается вспоминать синонимы. Однажды больной во время электростимуляции безуспешно пытался ответить на один вопрос; позже он сказал: «Я никак не мог найти это слово — «бабочка» — и тогда старался вспомнить слово «мотылек». Очевидно, больной испытывает во время таких экспериментов большое замешательство и досаду.

Закрытие доступа к хранящимся в памяти больного названиям предметов является типичным результатом электростимуляции определенных областей коры, но это отнюдь не единственная форма афазии, которую можно вызвать. Часто наблюдаются нерешительность, невнятное и искаженное произношение. Эти явления могут быть вызваны раздражением двигательной коры, но могут также быть результатом нарушения мыслительных процессов, связанных с речью, при раздражении других областей мозга. Иногда электростимуляция вызывает повторение слов и слогов. Если ток включают, когда больной считает вслух, то он часто путает числа. При этом больной может перескочить с числа 6 на 20, а потом назад, на 9. Интересно, что эта путаница носит, видимо, ограниченный характер, так как слова, не означающие числа, не появляются; больной сохраняет надлежащую психологическую «установку», но он просто не в состоянии называть правильные числа. Бывают ошибки другого рода — больной может подставлять слова, близкие по звуковому составу, скажем, «гриб» вместо «гребень», или по смыслу, например, «щипцы» вместо «ножницы», «мотылек» вместо «бабочка». Иногда он производит совсем непонятную замену: «каток» вместо «ножницы», «гребень» вместо «молоток» и т. п.

Хотя все эти результаты были получены при искусственном электрическом раздражении обнаженной коры мозга, внешние проявления были совершенно подобны тем, которые наблюдались у тех же или у других больных при распространении раздражающих токов на речевую зону в ходе спонтанных эпилептических приступов. Оказалось, что повреждения в речевых областях коры приводят к сходным дефектам речи, хотя при естественных повреждениях наблюдается в общем большее разнообразие симптомов, чем при искусственной стимуляции. Как мы скоро увидим, одна из важных для речи областей простирается от височной доли коры назад почти до ассоциативной области зрительной коры в затылочной доле. Как выяснилось, повреждение этой области поблизости от зрительной коры вызывает гораздо более серьезные расстройства письма, нежели речи. Наблюдались и иные случаи, когда больной мог правильно выражать свои мысли, но не понимал того, что ему говорили. Но как ни интересны эти случаи, они, по-видимому, сравнительно редки.

Пока мы не сможем лучше понять сущность афазии, попытки истолкования этих особых ее форм вряд ли будут плодотворными. В большинстве случаев афазии, как естественной, так и искусственно вызванной, симптомы носят более общий характер; видимо, они указывают на расстройство механизма, который в нормальных условиях используется при переходе от понятия к слову.

Локализация речевых областей коры

Па рис. 22 показаны три области коры, которые, как заключил Пенфилд на основании своих исследований, участвуют в мыслительных процессах, связанных с речью. Значительных различий между формами нарушений, вызываемых стимуляцией этих трех областей, не отмечалось; при раздражении каждой из них были случаи нарушений всех трех описанных выше типов.

Результаты Пенфилда показывают, что все речевые зоны обычно расположены в левом полушарии. Пенфилд не подтвердил прежнее представление о том, что речью управляет доминирующее (обычно левое, но у левшей — правое) полушарие мозга. Случаи регуляции речи правым полушарием наблюдались, но редко и, по-видимому, всегда были обусловлены особыми обстоятельствами (о которых будет сказано ниже) Оказалось, что в нормальном мозгу речью управляет левое полушарие.

Такое постоянство в расположении кортикальных областей, управляющих речью, довольно неожиданно. Речь представляет собой функцию, явно приобретаемую путем обучения, без какой-либо наследственной детерминации. То, что процесс обучения речи — специальная процедура, которая должна совершаться заново у каждого индивидуума, — автоматически приводит к определенной «стандартной» локализации этой функции в коре мозга, вероятно, тесно связано с рядом важных деталей строения и работы мозга. Следует надеяться, что когда-нибудь наши знания позволят нам сделать надлежащие выводы из этого знаменательного факта. В настоящее время можно высказать лишь несколько предположений. Как это ни странно, некоторые из самых интересных догадок подсказаны упомянутыми выше исключениями — случаями, в которых распределение корковых зон управления речью не вполне соответствует показанному на рис. 22.

Пластичность речевых областей коры

Когда Пенфилд и его сотрудники встречались с локализацией речевых центров в правом полушарии, индивидуум и в самом деле обычно был левшой, как отмечалось и прежними исследователями. Однако они нашли, что у большинства людей с правым доминирующим полушарием, бывших, следовательно, левшами, речь все же контролируется левым полушарием. Правое полушарие, по-видимому, используется для управления речью только у тех людей, которые во время родов или в очень раннем детстве получили серьезное повреждение левой стороны мозга. При таких обстоятельствах мозг оказывается, видимо, достаточно пластичным, чтобы передать управление речью неповрежденному полушарию. У взрослого человека эта пластичность не сохраняется; нет по существу никаких указаний на то, что дефекты речи, вызванные поздним повреждением левого полушария, можно преодолеть соответственной тренировкой другого полушария мозга.

Еще один вид отклонения от обычного распределения речевых зон в коре изредка встречался у больных, которые приходили к Пенфилду без дефектов речи, но с поврежденной тканью, находящейся в одной из трех речевых областей коры. При исследовании выяснялось, что эти больные имели характерную историю: больной, часто за несколько лет до этого, перенес травму головы; эта травма в то время вызвала тяжелое расстройство речи; спустя несколько недель или месяцев способность к нормальной речи полностью или почти полностью восстановилась. Вероятно, и здесь больному помогла пластичность мозга. Связанные с речью функции, в норме осуществлявшиеся тканью, поврежденной при травме головы, по-видимому, постепенно взяла на себя какая-то часть остальной, здоровой ткани коры. Однако это не всегда происходило без ущерба для больного, так как часто поврежденная ткань вызывала эпилептические симптомы. С целью облегчить эти симптомы Пенфилд во многих случаях производил хирургическое удаление поврежденных участков, а они находились в тех самых областях, которые в нормальном мозгу участвовали бы в управлении речью. Эти операции не приводили к афазии.

В подобных случаях никак нельзя было установить, какие участки коры принимали на себя речевые функции, выполнявшиеся ранее поврежденной тканью, — соседние участки или же одна из двух неповрежденных речевых зон. Имелись, однако, веские данные в пользу того, что эти функции никогда не передавались другому полушарию. Если полушарие, доминирующее в отношении речи (обычно левое), было определено правильно, электрическое раздражение или оперативное удаление ткани другого полушария никогда не вызывало афазию. Очевидно, при существующей организации «вычислительных» систем головного мозга одновременное использование обоих полушарий для управления речью нецелесообразно. Вместе с тем в литературе описан по крайней мере один случай полного удаления левого полушария (по поводу опухоли у 13-летнего мальчика), после которого речь в известной степени восстановилась. Видимо, не исключено, что даже в таком сравнительно позднем возрасте правое полушарие еще может «научиться» управлять речью.

По-видимому, в отношении высших интеллектуальных процессов вся мозговая ткань, в которой они протекают, обладает подобной пластичностью, тогда как функции приема входных сенсорных данных или управления двигательными и рефлекторными процессами твердо закреплены за определенными участками мозга. Удаление части зрительной коры ведет к выпадению соответственной части зрительного поля, и после этого никакая сознательная или бессознательная тренировка» уже не может вернуть утраченное зрение. А функции управления речью после тяжелых травм головы в раннем детстве переходят от одного полушария к другому. Контраст поистине поразительный!

«Избыточность» в речевых областях коры

Речевые зоны коры обладают еще одним важным свойством — избыточностью. Как мы видели, в процессах мышления, связанных с речью, в нормальных условиях участвуем не одна, а три отдельные области. Ввиду сходства симптомов, вызываемых электрическим раздражением этих областей, очевидно, что они составляют часть единого механизма. Помимо возможности того, что после повреждения одной из них ее функцию возьмет на себя близлежащая нормальная ткань, кажется вероятным, что обширное повреждение одной из речевых зон может привести к передаче ее функции одной из двух оставшихся областей. Как отмечает Пенфилд, данные, касающиеся верхней речевой зоны, свидетельствуют в пользу этой гипотезы, так как полное удаление этой зоны часто вызывало лишь временное расстройство речи, исчезавшее за несколько недель. Менее убедительные заключения можно сделать относительно функциональной заменимости нижней передней речевой области (зоны Брока), но, по-видимому, и без нее больной может обойтись, хотя и не так легко, как без верхней. Что же касается обширной задней речевой зоны, то Пенфилд заключил, что при всяком значительном разрушении ее ткани можно ожидать настолько серьезных последствий, что по крайней мере у взрослого больного шансы на восстановление нормальной речи даже в отдаленном будущем сомнительны.

Вероятно, свойствами пластичности и избыточности обладают и лобные доли. Это помогло бы нам объяснить неожиданное отсутствие серьезных симптомов во многих случаях повреждения лобной области. На возможное дублирование функций в левой и правой лобных долях указывают упоминавшиеся выше опыты на шимпанзе, в которых было установлено, что заметные изменения в поведении можно наблюдать лишь после одновременного удаления обеих лобных долей или перерезки их связей с остальным мозгом. Очевидно, что наличие избыточности и пластичности в лобных долях не может сколько-нибудь существенно поколебать наши прежние выводы о вероятной природе их функций, так как эти выводы всецело основывались на результатах их двустороннего удаления (или изоляции).