Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга

Когда экспериментаторы намеренно нарушали новоявленную активность затылочной доли магнитными импульсами, преимущество в чтении шрифта Брайля у условно незрячих исчезало, и это указывало, что включение данной части мозга было не случайным побочным эффектом, а важной частью усовершенствования поведенческой активности. Когда же с участников эксперимента сняли повязки, ответ затылочной коры на прикосновение и звук исчез в тот же день, и с того момента их мозг на сканах уже ничем не отличался от мозга любого зрячего человека.
В другом исследовании визуальные области мозга были тщательно картированы с применением более совершенных методик нейровизуализации. Испытуемых с завязанными глазами поместили в сканирующее устройство и попросили выполнить тест на касание, требовавший высокой тактильной чувствительности пальцев. В таких условиях исследователи могли фиксировать активность, возникавшую в первичной зрительной коре участников всего через 40–60 минут в состоянии вынужденной слепоты41.
В результатах эксперимента ошеломляла скорость, с какой происходили перемены. Мозг меняет конфигурацию замечательно быстро, это вам не флегматичный дрейф литосферных плит. Обратившись к следующим главам, мы увидим, как зрительная депривация демаскирует уже существующий поток невизуальной информации, поступающей в зрительную кору, и поймем, что мозг, как пружина в мышеловке, все время на взводе и готов быстро перестроиться. Сейчас важно, что изменения в нем происходят быстрее, чем осмеливались предполагать самые оптимистичные нейробиологи в начале XXI столетия.
* * *
Теперь давайте отступим назад и посмотрим на картину немного шире. Как острые клыки и быстрые ноги полезны для выживания, так полезна и гибкость нервной системы: она позволяет мозгу оптимизировать свои функции в разнообразных средах.
Однако конкуренция в мозге может дать и негативный эффект. При всяком нарушении баланса в действии чувств в коре потенциально возможен территориальный захват, и притом быстрый. Перераспределение кортикальных ресурсов может быть оптимальным, когда конечность или какой-то из органов чувств утрачены безвозвратно, однако в других сценариях быстрый захват участка кортикальной территории может встретить решительный отпор. Это соображение подвело нас с моим бывшим студентом Доном Воном к новой теории о происходящем в мозге под покровом ночной темноты.
 
 
Что общего у сновидений и вращения планеты?
 
Нейрофизиология еще не разрешила загадку, почему в мозге возникают сновидения. Что вообще такое эти причудливые ночные галлюцинации? Содержатся ли в снах некие смыслы и значения или же это всего лишь случайная активность мозга в попытках составить связный нарратив? И почему сны так богаты зрительными образами и еженощно взрывают затылочную кору неистовыми всполохами активности?
Подумаем вот о чем: в беспрерывной и беспощадной конкуренции за кортикальную территорию зрительная система сталкивается с проблемой, неизвестной другим сенсорным системам. При каждом обороте Земли вокруг своей оси зрительная система погружается во мрак примерно на двенадцать часов. (Сказанное относится к 99,9999 % эволюционной истории нашего вида, но понятно, что не к нашей озаренной благословенным электричеством современности.) Как мы уже видели, сенсорная депривация разжигает захватнические инстинкты прилежащих кортикальных представительств. А что может противопоставить этому изъяну незаслуженно обиженная природой зрительная система?
Она поддерживает активность затылочной доли коры в неурочные ночные часы.
Итак, мы с Воном предположили, что сновидения призваны ограждать зрительную кору от территориальных посягательств соседей. В конце концов, не нарушает же вращение планеты ваши способности осязать, слышать, чувствовать вкус или запах; от темноты страдает только зрение. Каждая ночь несет зрительной коре угрозу захвата со стороны других чувств. Угрозу жуткую и неотвратимую, если учесть, с какой ошеломительной скоростью свершаются в мозге территориальные переделы (как мы уже видели, для этого достаточно каких-то 40–60 минут). Сновидения и есть оружие, которое выковала зрительная кора для защиты своих пределов и отпора загребущим соседям-захватчикам.
Теперь для большего понимания сути вопроса снова перейдем на общий план. На беглый взгляд, спящий расслаблен и отключен, но на самом деле в его мозге в это время отмечается полноценная электрическая активность. Большую часть ночи спящий человек снов не видит. Однако в фазе быстрого сна (БДГ-сна, то есть сна с быстрым движением глаз) в мозге приключается нечто любопытное: частота сердечных сокращений и дыхания возрастает, мелкие мышцы подергиваются, мозговые волны уменьшаются и ускоряются. В этой фазе мозг рождает сновидения42.
Фазу БДГ-сна запускает действие определенной группы нейронов в структуре стволового отдела мозга, называемой варолиев мост[17]. Повышенная активность данных нейронов имеет два следствия. Первое состоит в том, что в этой фазе крупные мышечные группы находятся в расслабленном состоянии. Сложная нейронная схема «замораживает» тело, ее затейливость указывает на высокое биологическое значение сна со сновидениями; как предполагается, схема такой сложности не могла бы развиться, не выполняй она важную для организма функцию. Заблокированные на время сна мышцы позволяют мозгу имитировать опыт взаимодействия с миром без фактических передвижений тела.
Второе следствие также очень важно: из ствола головного мозга в затылочную (зрительную) кору поступают волны нервных импульсов (рис. 3.6)43. Когда эти волны достигают места назначения, их активность воспринимается нами как зрительная; иными словами, мы видим. Вот почему наши сны так живописны, колоритны и кинематографичны, а не схематичны или абстрактны.
 
 
Рис. 3.6. Во время сна со сновидениями волны импульсов зарождаются в стволе головного мозга и достигают затылочной коры. Мы предполагаем, что это вливание активности вызвано вращением планеты во тьме ночи. Следовательно, визуальная система нуждается в особой стратегии, чтобы охранять свои пределы от посягательств
Печатается с разрешения автора
 
Сочетание двух описанных выше следствий активности в варолиевом мосту искусно сплетается в опыт переживания сновидений: вторжение электрических волн в зрительную кору активирует зрительную систему, а из-за заблокированных мышц двигательная активность в русле сюжета сновидения невозможна.
Согласно нашей теории схема нейронной сети, лежащая в основе визуальных сновидений, образовалась совсем не случайно. Напротив, чтобы не допускать захвата своей кортикальной территории, зрительная система вынуждена отстаивать ее, для чего генерирует всплески электрической активности всякий раз, когда в силу вращения планеты наступает ночь44. В условиях постоянной конкуренции за территорию сенсорного представительства затылочная доля коры хорошо поднаторела в самообороне. Как-никак зрение снабжает нас критически важной для совершения действий информацией, однако половину времени ее предательски крадет ночная тьма. В этом смысле сновидения можно рассматривать как нечаянное дитя любви от союза нейронной пластичности с суточным вращением планеты.