Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни - Ребекка Шварцлоуз
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
С помощью электрода Пенфилд посылал в каждую выбранную точку мозга слабый электрический импульс. Этот импульс нарушал естественную активность нейронов, так что становилось понятно, что они делают. Когда Пенфилд стимулировал участки карты S1, пациент мог чувствовать покалывание или оцепенение в какой-то части тела. Пациенты во время операции не спали, а играли активную роль: сообщали о своих ощущениях и выполняли просьбы хирурга говорить, читать или двигаться в нужный момент. Они также должны были сообщать, если чувствовали приближение приступа, что означало, что зонд Пенфилда, вероятно, коснулся поврежденной ткани, являющейся триггером приступа.
Когда процесс поисков завершался, Пенфилд с коллегами знали, где находится ткань, вызывавшая приступы, и какие важные функции мозга реализуются по соседству. Вооружившись этими знаниями, они могли наиболее эффективно извлечь проблемную ткань, сохранив пациенту способность говорить и двигаться. Эта техника стимуляции мозга в процессе хирургической операции давала пациентам максимальную возможность выкарабкаться, сохранив способность двигаться, говорить и функционировать, как раньше, но с меньшим количеством мучительных приступов или вообще без них. На самом деле этот метод настолько хорош, что широко применяется до сих пор.
В результате анализа мозга сотен людей Пенфилд и его коллеги узнали о расположении карт, описывающих движения и прикосновения, в том числе о расположении соматосенсорной карты S1. У человека, как и у других животных, правая сторона тела представлена в левой стороне мозга, и наоборот. В каждом полушарии мозга эта карта простирается от боковой части мозга (примерно за ухом) до верхушки. Схема строения и расположения карты показана на рис. 11. На одном краю карты (на одной стороне мозга) отображается одна сторона внутренней части рта, язык и губы. По мере продвижения вверх, к верхней части мозга, на карте появляются внешние поверхности лица, а затем большой палец и остальные пальцы руки, а также другие части руки и плеча на этой же стороне тела. Наконец, под самой верхушкой черепа располагается карта торса, таза, ног и ступней этой стороны тела.
Рис. 11. Схема человеческой тактильной карты S1. Представлена половина карты, соответствующая участкам на противоположной стороне тела. Художник Пол Ким.
На рисунке наблюдается странность: создается впечатление, что на этой карте элементы “перемешаны”, как в неправильно собранном пазле. Самое странное несоответствие выражается в резком переходе ото лба к большому пальцу руки, хотя в человеческом теле нет функциональной связи между этими частями тела.
Странное соседство лица и большого пальца на карте S1 – пример нарушения непрерывности; это точка, в которой карта отходит от идеального и точного отображения строения тела. В таких точках разрыва нарушается принцип отображения соседних сигналов из внешнего мира (например, прикосновений к соседним точкам на коже) на соседних участках ткани мозга. На большинстве карт эти разрывы невелики, но в некоторых случаях, как на человеческой соматосенсорной карте S1, они могут быть огромными. Чтобы понять смысл этих разрывов, представьте себе кожуру апельсина (рис. 12). Не существует способа представить сферическую поверхность в плоском виде, не разрезав ее или не растянув. Картографы сталкиваются с такой же проблемой, когда создают двумерное изображение поверхности Земли. Где-то нужно сделать разрез, разрушающий непрерывность поверхности сферы. Если читать карту мира буквально, восточная и западная части Тихого океана окажутся на максимальном расстоянии друг от друга, хотя в реальности у них общая вода и одни и те же волны.
Рис. 12. Трудности изображения трехмерных поверхностей на двумерных картах. Художник Пол Ким.
Чтобы превратить поверхность сферы в плоский прямоугольник, картографам приходится еще и растянуть части земного шара у полюсов, что приводит к увеличению размера Европы, Северной Америки и Австралии по сравнению с размерами Южной Америки, Африки и других территорий, расположенных ближе к экватору. В таком типе карт, как гомолосинусоидальная проекция Гуда, такого искажения нет, поскольку эта карта не прямоугольная и имеет больше разрезов, как показано на рис. 12.
Конечно, человеческое тело – не сферическое. Оно имеет протяженные выросты (такие как руки, ноги, пальцы) и глубокие и сложные углубления (такие как внутренняя полость рта и горло). И поэтому действительно сложно аккуратно превратить его поверхность в двумерную карту коры мозга. Нужны разумные разрезы и разрывы, как при расплющивании апельсиновой кожуры.
Но человеческая карта S1, обнаруженная Пенфилдом, не только прерывистая, но и чрезвычайно искаженная. Как и на карте V1, отображение в некоторых участках имеет значительно большее увеличение, чем в других. Человеческие пальцы, включая большой палец, и кисти сильно увеличены, так же как язык и лицо. Подобно тому, как увеличение на карте V1 усиливает остроту зрительного восприятия, увеличение на карте S1 усиливает чувствительность кожи. Экспериментатор, проверяющий остроту ваших тактильных ощущений, может попросить вас нащупать крохотные выпуклости на поверхности и определить, расположены ли они равномерно или неравномерно. Или может надавливать на отдельные точки на коже и спрашивать, чувствуете ли вы одно прикосновение или два. Острота тактильных ощущений у человека выше в тех частях тела, которые на карте S1 отображаются с увеличением. В частности, возможно, вы почувствуете два надавливания на кончик указательного пальца, если расстояние между двумя точками надавливания около миллиметра, то есть меньше толщины десятицентовой монеты. Но различить два прикосновения в области спины можно лишь при условии, что это расстояние в 70 раз больше – примерно в ширину женской ладони.
Конечно же, это усредненные показатели. Как и острота зрения, острота тактильных ощущений у разных людей разная. Те же ученые, которые анализировали остроту зрения и искажения карты V1, с помощью фМРТ проверяли еще и остроту тактильного восприятия четырех пальцев рук, чтобы выявить искажения на карте S1 в области пальцев[26]. Они обнаружили, что у людей с наиболее сильными различиями в остроте тактильной чувствительности четырех пальцев также имеет место наиболее значительное различие размеров соответствующих территорий на карте S1: указательному пальцу отведена самая обширная территория, а мизинцу – гораздо более скромная. У людей с более схожей остротой чувствительности разных пальцев соответствующие площади на карте S1 тоже ближе по размеру. Короче говоря, результаты анализа V1 и S1 совпадали: особенности восприятия у людей соответствовали характеру увеличения на их картах.
На самом деле между V1 и S1 можно провести несколько параллелей. Как показала работа Пенфилда, стимуляция нейронов в области S1 заставляла людей чувствовать прикосновение, когда их кожи ничто не касалось. Искажения на карте определяют различия в том, как
