6. Мозг и его элементы — нейроны

а) Исследования мозга: вчера и сегодня

Человеческий мозг является, пожалуй, самой завораживающей структурой из числа предоставленных в наше распоряжение Природой. Обладая весом около полутора килограммов, мозг содержит в себе невообразимое количество нервных клеток, называемых нейронами; их число — порядка 100 миллиардов — сопоставимо с числом звезд в Млечном Пути.

Однако связь мозга с мышлением и чувствами не всегда была для людей столь уж очевидной. В древние времена эти функции приписывались сердцу. Отголоски такого взгляда на природу мышления мы и по сей день находим в речи: «с открытым сердцем», «тяжело на сердце», «затаить в сердце обиду» и т.п. Прошло немало времени, прежде чем роль мозга в мышлении, чувствовании и восприятии стала общепризнанной. История древних исследований мозга очень показательна: до тех пор, пока не появится и не закрепится верная теория, очень трудно порой бывает постичь суть исследуемого явления.

Знаменитый греческий врач Гиппократ (460-370 г. до н. э.), стремившийся поставить медицину на естественно-научный фундамент, уже имел взгляды на мозг, схожие с сегодняшними, однако они не получили признания современников и потомков — ведь этим взглядам противостояли воззрения не менее прославленного грека, великого философа Аристотеля (384-322 г. до н. э.), утверждавшего, что мышление порождается сердцем. Уже после смерти Аристотеля, около 300 г. до н. э. в Александрийской академии собрались ученые и врачи, о&ьединенные интересом к изучению функций мозга и нервной системы. Двое из этих античных ученых мужей — Герофил (335-? г. до н. э.) и Эрасистрат (300-240 г. до н. э.) — вошли в историю медицины как основоположники новой науки и первооткрыватели мира человеческой анатомии. Не взирая на запрет, касавшийся вскрытия тел умерших, они занимались изучением внутреннего строения человеческого тела; более того, они проводили эксперименты на людях, приговоренных к смерти, выяснив с помощью этих экспериментов множество фундаментальных фактов (обнаружилось, например, что человек теряет способность видеть, если нарушена связь между глазами и мозгом). Исследования привели Герофила и Эрасистрата к убеждению, что человеческое тело обладает обширной нервной системой, центром которой является мозг.

Окончательный перелом в теории произошел только во II в. н. э. благодаря трудам греко-римского врача Клавдия Галена. Гален использовал для своих опытов раненных гладиаторов и трупы животных, однако до современного уровня исследований мозга было еще далеко. Более тысячи лет продолжался «застой» в экспериментальной медицине, жившей все это время за счет знаний, полученных древними греческими и римскими учеными, подобными Галену.

Вплоть до эпохи Возрождения ученые не нарушали табу; с приходом Ренессанса началась новая эпоха открытий. Анатомы того времени уже знали, как выглядит мозг, укрытый от глаз в черепной коробке: серо-белая масса, напоминающая формой извилин грецкий орех. После изобретения голландцем Антони ван Левенгуком микроскопа (а произошло это в 1677 году) ученые получили возможность заняться изучением структуры мозга и нервных клеток. Итальянскому нейрологу Камилло Гольджи мы обязаны изобретением метода, позволяющего рассмотреть под микроскопом отдельные нервные клетки, особым образом окрашенные. Благодаря этому методу перед учеными открывались все новые и новые детали строения как всего мозга, так и его отдельных составляющих; к этому времени относится знакомство анатомов со строением нервных клеток. Параллельно с этими исследованиями шло развитие и других дисциплин. Примерно с середины XIX в. начали бурно развиваться методы электрофизиологии, а с ними — непременные электрические измерения при изучении нервных клеток. Эти работы заложили фундамент для дальнейших исследований нейронов, причем прогресс в этой области часто бывал напрямую связан с открытиями физиков и химиков.

Современные исследования мозга преследуют несколько различных целей.

Естественно, ни одно из названных направлений не может существо-вать изолированно: все три тесно переплетаются друг с другом.

Наша книга посвящена, в основном, общим вопросам всех трех направлений, т. е. некоторым фундаментальным проблемам исследований мозга. Сначала попытаемся разобраться, насколько понимание природы отдельных его элементов — нейронов — может помочь нам проникнуть в тайну целого, в тайну человеческого мозга. Итак, начнем с рассмотрения строения и свойств нейрона.

б) Нейрон — основной элемент нервной системы

Собственно говоря, нервная система представляет собой единство двух взаимосвязанных компонентов: центральной нервной системы, состоящей из головного и спинного мозга, и так называемой периферийной нервной системы, к которой относятся нервные волокна, связывающие мозг с органами чувств и мышцами.

Используя метод окрашивания, о котором уже упоминалось, нейроны можно наблюдать с помощью микроскопа. На рис. 6.1 представлена фотография окрашенной таким образом нервной клетки. Продолжительное изучение нервных клеток дает ученым основание предполагать, что все они

.у ,

Рис. 6.1. Нервная клетка зрительной коры головного мозга кошки при значительном увеличении. В центре хорошо видно тело клетки, или сома

имеют одинаковое строение. Это, разумеется, ни в коем случае не означает, что все нервные клетки выглядят одинаково; здесь, скорее, можно провести некоторую аналогию с ... цветами. Цветы, как известно, очень разнооб-разны: и высокие, на плотных стеблях, и вьющиеся, и цветущие всеми цветами радуги, с листьями самых причудливых форм и размеров. И все же каждый цветок непременно обладает корнем, стеблем, листьями и т.п. Похоже обстоит дело и с «внешним видом» нервных клеток (см. рис. 6.2): в центре всегда находится тело клетки, или сома (а), в котором происходят все процессы обмена веществ. От тела клетки отходят многочисленные разветвленные отростки, называемые за их форму дендритами (б), которые осуществляют прием и интеграцию информации, поступающей от других нервных клеток.

Рис. 6.2. Схсматичсскос изображение нервной клетки (1 мкм = 1/1000 мм): (а) тело клетки (сома); (б) дендрит; (в) аксон; (г) синапс. Аксон на этой схсмс значительно укорочен

Теперь, когда мы познакомились со строением нервных клеток, перед нами встает принципиальный вопрос: каким образом передаются сигналы в нервной системе? Самым известным примером передачи сигнала в повседневной жизни является телефонная связь, в которой сигналы передаются посредством электрических импульсов. Еще в 1791 году итальянский врач и естествоиспытатель Луиджи Гальвани установил» что электрические про- цессы имеют место и в нервной системе. Открытие это произошло совершенно случайно. Лягушачьи лапки, вывешенные им на балконной решетке, к величайшему удивлению ученого, дергались всякий раз, касаясь металлических прутьев. Дело было в том, что чугунная решетка и медные крючки, на которых висели лапки, образовали в совокупности нечто вроде гальванического элемента (этакую батарейку). Электрический разряд возбуждал мышцы лапки, вынуждая их сокращаться. Последующие опыты привели Гальвани к выводу о том, что в нервных волокнах протекают некие процессы, имеющие электрическую природу. Конечно, с помощью имевшейся в то время аппаратуры невозможно было точно замерить молниеносные изменения напряжения, возникавшие в ходе экспериментов. С тех пор методы измерения значительно усовершенствовались, и это позволяет ученым осуществлять подобные замеры не только в изолированных препаратах, но и в тканях живых организмов. Принципиальная схема проведения измерений показана на рис. 6.4. Внутрь аксона осторожно вводится очень тонкий стеклянный электрод. Диаметр электродов, используемых в таких экспериментах, составляет примерно 0,5 микрометров (1 мкм = 0,001 мм.Для сравнения: толщина человеческого волоса — от 40 до 100 мкм!). Второй электрод вводится в окружающую аксон жидкость; он называется электродом сравнения. Напряжение, возникающее между этими двумя электродами, измеряется вольтметром, а результаты измерений в реальном времени записываются регистрирующим прибором.

Рис. 6.3. Различные типы нервных клеток

Объектом опытов становились аксоны различных животных. При этом было установлено, что нервная система использует при передаче сигналов особого рода язык, или код, с помощью которого и осуществляется согласованная деятельность всей системы. В мозг поступают кодированные сигналы (например, боль от ушибленного пальца); в ответ мозг передает по соответствующим нервным волокнам некие управляющие сигналы нужным мышцам, на что они тем или иным образом реагируют. Интересно, что такого рода «передача информации», характерная для всех живых организмов, осуществляется у людей и животных по одному и тому же принципу.

Электрическое напряжение в аксоне возникает не только в момент передачи сигнала, но существует и тогда, когда аксон «не при исполнении» и находится в спокойном, не возбужденном состоянии. По отношению к окружающей его жидкости аксон заряжен отрицательно. Разница потенциалов между ними, разумеется, чрезвычайно мала, что-то около 70 милливольт (мВ). При возбуждении аксона происходит мгновенная смена зарядов, т. е. аксон приобретает по отношению к окружающей его жидкости положительный заряд. Этот весьма кратковременный процесс называется нервным импульсом (рис. 6.5), и обусловлен он прохождением заряженных частиц (ионов) сквозь поверхность аксона. Длительность одного такого нервного импульса составляет величину порядка одной миллисекунды, т. е. тысячной доли секунды. Скорость поистине молниеносная! Регистрирующее устройство отображает поступающие нервные микроимпульсы в виде характерных коротких вертикальных полос. После аксона нервный импульс отправляется далее, к синапсу.

Все нервные импульсы, проходящие через аксон, имеют постоянную длительность и интенсивность и протекают с одной и той же скоростью, которая зависит от диаметра и структуры этого конкретного аксона. Медленно проводящие аксоны обеспечивают импульсу скорость порядка 1 м/с (^3,6 км/ч); высокоскоростными проводниками считаются аксоны, в которых импульс достигает скорости порядка 100 м/с (т. е. 360 км/ч). На такой скорости сигнал преодолевает путь от мозга до кончика большого пальца на ноге примерно за 1/50 секунды. Нервные импульсы перемещаются по аксону, оставляя за собой участки, совершенно лишенные какого бы то ни было возбуждения и готовые принять следующий импульс (рис. 6.5). Такой механизм препятствует случайному перекрытию двух отдельных импульсов. Нервные импульсы играют в языке нервной системы роль знаков или букв. Учитывая, однако, что длительность и интенсивность нервных импульсов постоянна, остается только удивляться языку, обходящемуся всего лишь одной буквой. Как с помощью единственного знака можно передать хоть осциллограф /1 'Ъ о о О оо оо о о

электрод во внешней среде

стеклянный — капилляр, наполненный раствором КС1

аксон

физиоло-гический раствор

Рис. 6.4. Измерение напряжения на отдельном аксоне

а)

б) внешняя жидкость 4- + + г--—--* + + + + + внутренняя область ++++

*

* « * '

г* .

» * - * аксона V.' V. ^^ ^^ внешняя +- + + ' 1 + + + + + жидкость 1Л невозбуж- нервный денная зона импульс

+ + + + ,-

+ + + +

+ + +

+ + +

невозбуж- нервный денная зона импульс направление движения нервного импульса

Рис. 6.5. Схематическое изображение нервного импульса в аксоне. На рис. (б) нервный импульс продвинулся несколько дальше, чем ка рис. (а). Позади импульса движется невозбужденная зона

какую-то информацию? В латинском алфавите 26 знаков, в азбуке Морзе — три знака (точка, тире и пауза), компьютеры используют всего два знака, нуль и единицу (так называемый двоичный код).

Микроэлектродные исследования помогли найти ответ на этот вопрос. Дело в том, что нервные импульсы следуют друг за другом на различном расстоянии, т. е. частота импульсов может изменяться. Чем сильнее возбуждение аксона, тем ближе друг к другу располагаются импульсы и тем выше, следовательно, частота. В этом случае можно говорить об интенсивности передаваемого аксоном возбуждения.

Нервный импульс проделывает путь от сомы через аксон к синапсу, т. е. к месту связи между данной и соседней нервной клеткой (рис. 6.5). Здесь сигнал передается химическим путем, посредством так называемых медиаторов. Работа химического механизма передачи сигнала между синапсами показана на рис. 6.6: одна из клеток выделяет особые химические веще-ства (нейромедиаторы), которые преодолевают узкую синаптическую щель и вызывают в соседней клетке соответствующую реакцию, которая, в свою очередь, приводит к возникновению в принимающей клетке электрического возбуждения.

Важно отметить, что в зависимости от осуществляемой функции различают возбуждающие и тормозные синапсы. Например, некая возбужденная нервная клетка, генерируя нервный импульс через тормозный синапс, может «погасить» возбуждение в другой клетке. Роль тормозных синапсов мы рассмотрим позднее, при обсуждении сетчатки. Бывает, хотя и весьма редко, что какая-то отдельная нервная клетка связана с одной-единственной соседкой; в большинстве же случаев каждый нейрон соединен с десятками и сотнями тысяч других нейронов, результатом чего является очень сложная сеть, основанная на синаптических связях (рис. 6.7). Сигналы возбуждения или торможения, поступающие в нервную клетку от других нервных клеток, вынуждают ее определенным образом реагировать: импульс возникает в аксоне только в тот момент, когда электрическое возбуждение в теле клетки достигает некоторой критической величины, которая гарантирует надежную передачу сигнала; такой механизм препятствует возникновению нервного импульса в результате случайного изменения электрического потенциала клетки.

«Специализированные» нервные клетки органов чувств предназначены для преобразования воздействия различных внешних раздражителей (например, света, изменения температуры и т. д.) в электрический сигнал. Эти рецепторные клетки являются, таким образом, посредниками между внешними раздражителями и нервной системой; единственное их предназначе-

Рис. 6.6. Схематическое изображение процесса, происходящего в синапсах. Нервная клетка выбрасывает через синапс нейромедиатор. Преодолев синаптическую щель (она представлена здесь без соблюдения масштаба, в действительности ее ширина значительно меньше), медиатор достигает синапса соседней нервной клетки, где вступает в химическую реакцию, которая благодаря свойствам мембраны синапса преобразует этот химический стимул в электрический сигнал. (Более подробные объяснения имеются в тексте)

иие — обеспечение прохождения информации от внешнего мира к нервной системе. При этом каждая группа таких клеток реагирует только на совершенно определенные раздражители, т. е. имеет свою специфическую область применения: для клеток глаза это восприятие света, для клеток кожи (тактильных и терморецепторных) — изменения давления и температуры. Иногда, впрочем, возникают ситуации, приводящие к «смещению обязанностей»: если, например, ударить человека в глаз, он увидит «звезды» вследствие того, что нервные клетки глаза испытали сильное воздействие «не того» раздражителя. Тот факт, что нервные клетки реагируют только на определенные (или, скажем, адекватные) раздражители, представляется очень важным, так как нервные импульсы сами по себе могут передать только интенсивность раздражения, но не указать на его источник. Именно исходя из того, какая группа нервных клеток отреагировала на раздражение и по каким передающим каналам сигнал достиг мозга, можно судить о раздражителе: например, аксоны, связывающие мозг с сетчаткой глаза, передают информацию о световом раздражении — именно ими мы намерены заняться более подробно.

Рис. 6.7. Нервная клетка с несколькими синапсами

Рассмотрев вкратце нейроны, обратимся от частей к целому, т. е. попытаемся выяснить, что же представляет собой собственно мозг.

в) Строение и функции мозга

В предыдущем разделе мы ознакомились с микроскопической структурой мозга, образуемой нейронами. Теперь пришло время обратиться к некоторым фундаментальным проблемам, встающим перед исследователями мозга на макроскопическом уровне. Относительно просто изучить анатомию мозга, опираясь на наши познания о различных типах нервных клеток. Однако какую функцию выполняют эти клетки, располагаясь в определенных областях мозга? Каково назначение (и значение) отдельных областей? На этот счет к началу XIX века имелась одна занятная теория. Занимавший- ся исследованием мозга врач Франц Иозеф Галль обнаружил, что различные участки коры головного мозга имеют различную толщину. Это, по его мнению, свидетельствовало о том, что и выпуклости на наружной поверхности черепа позволяют делать заключения о характере обладателя головы. Галль уверовал в свою теорию сам и привлек к ней внимание множества людей. Сегодня мы можем лишь посмеяться над этой теорией, но все же некое зерно истины она в себе несла: различные участки коры действительно выполняют различные функции.

Как показано на рис. 6.8, мозг можно разделить на большие отделы в соответствии с обнаруженными исследователями анатомическими и функциональными особенностями. Различают продолговатый мозг, мозжечок, средний мозг, промежуточный мозг и, наконец, передний мозг, или собственно головной. При анатомическом сравнении человека с другими живыми существами было установлено, что мозг человека значительно больше по своим размерам; кроме того, большое количество извилин на поверхности мозга существенно увеличивает ее площадь, а значит, и число нервных клеток. Действительно, головной мозг играет совершенно особенную роль: здесь сосредоточены центры зрения, слуха, обоняния и т.д., т. е. все, что непосредственно участвует в процессе осознанного восприятия. С головным мозгом связан также процесс сознательного мышления. С чисто анатомической точки зрения головной мозг можно разделить на несколько долей: лобную, две височных, две теменных и затылочную (рис. 6.9). Помимо этого, выделяют еще и правое и левое полушария, которые связаны между собой так называемым мозолистым телом.

Как же распределены функции мозга между этими отделами? Мы знаем точно, что при кровоизлиянии (инсульте), поражающем различные участки головы, могут возникать различные повреждения. Так, например, одни пациенты вследствие инсульта теряют речевые навыки, другие перестают узнавать знакомое, казалось бы, окружение, третьи оказываются полностью или частично парализованы. Существуют разнообразные методы, позволяющие выяснить, какие именно функции закреплены за тем или иным отделом мозга. Старейший из этих методов как раз и сводится к тому, чтобы сопоставить наличествующие физические повреждения с последовавшими функциональными расстройствами. Так в 1861 году французский врач Поль Брока исследовал мозг трупов двух человек, при жизни страдавших нарушением речевой функции. Брока обнаружил, что в обоих случаях оказались сильно повреждены определенные участки в левом полушарии, из чего можно было заключить, что именно в этой области находится речевой центр. В те времена только после смерти пациента можно было анатомическим путем выяснить, какой именно участок мозга имеет повреждения. Теперь все иначе; к моменту начала операции по поводу, скажем, опухоли уже точно известно, какая именно область мозга поражена. Экспериментируя на животных, ученые порой целенаправленно разрушают какую-то определенную область мозга с тем, чтобы затем изучить результаты про- череп

продолговатый мозг средний мозг

большие

полушария

моэга:

обонятельная луковица

гипофиз

зрительный нерв

мост

кровеносные сосуды

твердая оболочка мозга паутинная оболочка мозга

внутренняя оболочка мозга

мозолистое

^ тело

нромежутояпый мозг: таламус гипоталамус

мозжечок средний мозг

Рис. 6.8. Строение мозга

височныеЛОЛ и

теменные доли

лооная л 0.1 я

затылочная доля

Рис. 6.9. Отделы коры головного мозга изведенного вмешательства. Методы эти, впрочем, не отличаются особой точностью.

Обратимся к самым современным методам, куда более тонким и точным. Таков, к примеру, микроэлектродный метод: безболезненно введенные под черепную коробку электроды служат для измерения показателей электрического возбуждения, возникающего от того, что испытуемый в это время подвергается воздействию различных внешних раздражителей. Электрод вводится в определенную область мозга, и в зависимости от того, в ответ на какой именно раздражитель происходит повышение электрической активности мозга, делается вывод о том, какие функции выполняет данная область. Если ожидаемая реакция возникла в тот момент, когда испытуемый слушал музыку, то, следовательно, участок мозга, в который введен электрод, является слуховым центром. В опытах с животными был использован и обратный прием: с помощью электрода производилось электрическое раздражение определенных участков мозга. При этом отмечалось, что подопытные животные реагируют на такие раздражения свойственным им способом: курицы, например, начинали бегать или хлопать крыльями. В сороковые-пятидесятые годы нашего столетия подобные эксперименты проводились и с людьми. Во время операций на открытом мозге эти пациенты находились в полном сознании и были способны рассказать о своих ощущениях, возникающих при раздражении определенных участков мозга. Например, если при таком воздействии у пациента появлялся зуд в правой руке, то становилось ясно, что именно данный участок мозга ответственен за осязание правой рукой.

Совершенно иные принципы лежат в основе метода компьютерных исследований мозга, который позволяет наблюдать за изменениями кровоснабжения мозга при различных видах деятельности (рис. 6.10). Испытуемым вводится в кровь микродоза слаборадиоактивного вещества в безопасной для здоровья (по уверению изобретателя) концентрации. При разработке эксперимента исследователи исходили из того, что «задействованные» области мозга снабжаются кровью интенсивнее, чем те, что в данный момент пребывают в состоянии покоя. Одно из первых упоминаний об этой взаи-мосвязи относится еще к 1890 году, когда было установлено, что перед эпилептическим приступом мозг больного буквально переполняется кровью, а значит, имеет место несомненное усиление кровотока. Чем интенсивнее кровоснабжение определенной области мозга, тем больше радиоактивных частиц можно обнаружить в этой области. Внешние детекторы регистрируют повышение радиоактивности, и на основании этих данных компьютерная программа моделирует цветную схему, которая позволяет судить об

Рис. 6.10. Полученное с помощью компьютера изображение, свидетельствующее об изменении кровоснабжения отдельных участков мозга при смене деятельности. Вверху: состояние покоя; внизу: испытуемый следит глазами за движущимся объектом. Интенсивность серого цвета соответствует интенсивности кровотока

интенсивности кровотока. Наблюдения, проводимые описанным методом, дают исследователям возможность собрать гораздо более полные и точные данные о деятельности мозга в целом, нежели метод микроэлектродов, который сужает область наблюдения до небольшого участка мозга. Данный метод оказывается очень хорош для наблюдения переходных состояний мозга: например, при переходе испытуемого от состояния покоя к тому или иному виду деятельности или при смене типов раздражителей. Предположим, что испытуемый неподвижно лежит с закрытыми глазами и при полном отсутствии каких бы то ни было внешних раздражителей. Интересно отметить, что при этом снабжение кровью лобной доли приблизительно на 20-30% выше, чем среднее значение (по всему мозгу в целом). Результаты исследований, проводимых другими методами, говорят о том, что эта область не имеет никаких специфических функций, а несет на себе, по большей части, ответственность за личностные свойства человека. Установлено, что в результате кровоизлияния в эту область могут происходить изменения структуры личности. С этой областью мозга связывают способность человека к сознательному мышлению и перспективному планированию. Такие, не имеющие специальных функций, области называются ассоциативными полями.

Когда испытуемый открывает глаза, чтобы проследить за движущимся объектом, картина кровотока абсолютно меняется. Теперь особенно интенсивно снабжаются кровью — как, собственно, и ожидалось — зрительные центры, находящиеся в затылочной доле, а кроме того, фронтальное зрительное поле и моторное поле, ответственные за сознательное движение глаз. Еще более высокоорганизованной деятельностью (такой, как речь или чтение) заведует центр чтения, сенсорный центр речи и моторный центр речи.

Рассмотрим в качестве примера такой вид деятельности, как чтение вслух. Какие центры оказываются вовлечены в этот процесс? Сначала сигнал поступает в зрительный центр. Воспринимаемая просто как картинка буква анализируется центром чтения, а затем, уже распознанная, благодаря сенсорному и моторному центрам речи может быть произнесена. Этот пример недвусмысленно указывает на то, что для многих процессов необходимо подключение не одного, а нескольких центров мозга, взаимодействующих друг с другом. С помощью описанных методов исследования мозга ученые смогли составить своеобразную «географическую карту», на которой нанесены зоны, ответственные за определенные функции (рис. 6.11). Например, в области затылочной доли головного мозга находится зрительный центр (с которым мы ознакомимся подробнее в последующих главах) определена область, в которой расположен центр обоняния, сенсорное поле коры го-ловного мозга, анализирующее ощущения, и моторное поле, управляющее мускулатурой.

моторное

ассоциативный поле сенсорное

Рис. 6.11. Области коры головного мозга

Как уже упоминалось, головной мозг состоит из двух полушарий, со-единенных мозолистым телом. Но являются ли полушария зеркальным отражением друг друга? Одинаковые ли функции они выполняют? Некоторые ответы были получены в ходе экспериментов, проводившихся с людьми, у которых оперативным путем было рассечено мозолистое тело, и тем самым нарушена связь между полушариями. Такие операции назначаются обычно больным эпилепсией с целью смягчения приступов. Во время эксперимента пациенту закрывали повязкой попеременно правый и левый глаз и с помощью проекционного аппарата предъявляли различные изображения. Когда открытым оставался правый глаз, испытуемый мог назвать показанные ему на картинках предметы и правой рукой выбрать такие предметы из числа предложенных (рис. 6.12). Если вместо предметов проецировались слова, то испытуемый мог прочесть их вслух и выбрать предмет, соответствующий показанному слову. Чтобы верно оценить результаты этого эксперимента, следует знать, что все, видимое правым глазом, анализируется левым полу-

Рис. 6.12. Экспериментальное исследование деятельности полушарии головною мозга пациента, у которого оперативным путем было рассечено мозолистое тело

левое полушарие

правое полушарие мозолистое тело

лоб

аналитическое

арифметическое

восприятие

структурных

элементов

бессознательное невербальное

синтетическое

геометрическое, пространственное

восприятие изображений и образов

музыкальное

Рис. 6.13. Функции полушарий головного мозга

сознательное

вербальное

шарием; то же относится и к правой руке. Аналогично действует и правое полушарие, контролирующее и анализирующее сигналы, поступающие от левого глаза и левой руки. Как мы увидим далее, нервные тракты в мозге скрещиваются. Этот эксперимент показывает, что левое полушарие, даже будучи изолированным от правого, способно обеспечить человеку пусть не полную, но все же достаточную свободу действий.

Еще более интересные результаты получаются, когда открытым остается левый глаз. Испытуемый, правда, по-прежнему способен отыскать среди предложенных названный или показанный предмет, однако он оказывается не в состоянии, даже при успешном отыскании предмета, прочесть его название с экрана или назвать этот предмет вслух. Становится ясно, что правое полушарие не может в одиночку выполнить задачи, связанные с речевыми или письменными функциями. Таким образом, очевидно, что левое и правое полушария не идентичны, и функции их разделены (рис. 6.13).

Остановимся вкратце и на некоторых других отделах мозга. В ходе сравнения мозга различных животных было установлено, что те животные, которые обладают способностью к сложному поступательному движению (сюда относятся и птицы), имеют особенно развитый мозжечок. Именно эта часть мозга ответственна за координацию движений. Еще одна часть мозга, играющая важную роль в обработке сигналов, получаемых от органов чувств — промежуточный мозг, а в нем — область таламуса. Помимо всего прочего, у млекопитающих таламус служит коллектором нервных трактов, соединяющих органы чувств с корой головного мозга. Подробнее эту связь мы рассмотрим в последующих главах, посвященных зрительному тракту.

Итак, на сегодняшний день известно, что каждая зона мозга связана с исполнением определенных функций; однако у читателя не должно сложиться ложного представления о природе этой связи. Разделение функций между определенными отделами мозга в действительности подразумевает отнюдь не жесткое закрепление за каждой зоной, представляющей собой некую замкнутую целостность, каких-то определенных задач, но существование множественных связей, обеспечивающих прежде всего скоординированное взаимодействие отдельных частей, составляющих в совокупности мозг. Можно сравнить работу отделов мозга с работой консультантов в каком-нибудь большом учреждении: несмотря на то, что эти люди физически находятся в разных помещениях, они постоянно обмениваются информацией и выполняют каждый свою часть общей работы.

Для понимания природы психической деятельности важно знать, каким образом распределяются задачи между отдельными частями мозга. Однако одного этого знания еще не достаточно. Истинное понимание возможно лишь в том случае, когда исследования психическои деятельности ведутся представителями многих отраслей науки. Можно рассматривать деятельность мозга как макроскопическое явление и исследовать внешние результаты процессов, протекающих в системе (например, способность к звуко- и световосприятию или способность к обучению, оцениваемая при различных условиях). Богатый материал для таких исследований дает работа с пациентами, у которых определенные способности деформированы или вовсе отсутствуют, а также эксперименты с животными (например, с крысами, которых дрессируют таким образом, чтобы они обучались отыскивать еду в определенной формы лабиринтах), наблюдая за поведением которых ученые могут делать выводы о психической деятельности мозга.

При изучении мозга на микроскопическом уровне наука движется несколько иным путем. Исследуя все более мелкие элементы мозга, добираясь до отдельных нервных клеток и изучая связи между ними, биохимики установили, например, посредством каких именно химических веществ осуществляется связь между синапсами. Открытие это привело к созданию медикаментов, способных восполнить отсутствие или недостаток у больного человека медиаторов, с помощью которых происходит взаимодействие нейронов, и таким образом помочь людям, страдающим различными заболеваниями мозга. С другой стороны, можно исследовать воздействие на мозг различных медикаментозных препаратов, причем наиболее интересным представляется изучить реакции, вызываемые теми препаратами, которые аналогичны вырабатываемым самим организмом веществам. Поскольку мозг, являясь исключительно сложным образованием, занят осуществлением огромного количества разнообразных функций (восприятие, запоминание и обучение, мышление и управление деятельностью различных органов), немыслимо вместить в одну небольшую книгу подробное изложение всех аспектов психической деятельности. Поэтому мы и выбрали всего один пример — деятельность зрительной системы, о которой уже упоминалось как о наиболее подробно изученной. Рассказ о зрительной системе поможет нам ознакомиться с самыми современными методами исследования мозга и в то же время выйти за рамки этих методов, представив систему не только в виде самостоятельного целого, но и как часть зрительного аппарата, выходящего за пределы мозга, т. е. познакомить читателя с механизмами взаимодействия различных частей, осуществляющих в конечном счете целостный процесс восприятия. Ошибки на любом уровне системы восприятия могут приводить к очень значительным искажениям результата. Читателю, возможно, покажется несколько странным то, что главным действующим лицом главы 10 будет сетчатка, — ведь мы обещали посвятить нашу книгу исключительно исследованию мозга. Однако в этом «отклонении от темы» нет ничего удивительного: в ходе исследований эмбрионального развития было установлено, что сетчатка в действительности является в некотором роде частью мозга, так как глазные яблоки развиваются из так называемых мозговых пузырьков.

С точки зрения исследователей, у сетчатки (в сравнении с собственно мозгом) есть одно преимущество: она относительно тонка и состоит все-го из нескольких слоев клеток, которые «удобно» изучать. Действительно, анатомы досконально исследовали как строение сетчатки, так и принципы, на которых основана ее деятельность. Более того, в ходе изучения сетчатки были обнаружены некоторые феномены, уже известные ученым, занимавшимся зрительным центром головного мозга; здесь эти феномены поддаются научному объяснению гораздо проще, нежели в случае наблюдения их непосредственно в мозге. Таким образом, рассматривая сетчатку как мозг в миниатюре, мы можем добыть немало очень важных сведений для дальнейших научных изысканий. Однако прежде чем приступить к рассмотрению процессов, протекающих в зрительном центре мозга, необходимо вкратце описать тот путь, по которому сигнал от сетчатки поступает в мозг. Восприятием цвета мы займемся отдельно (в главе 13), так как оно, по всей вероятности, осуществляется независимо от восприятия формы и представляет собой особый вид деятельности зрительной системы. Наконец, следует выяснить, как происходит развитие зрительной системы. Эксперименты доказывают, что узнавание предметов, будь то скрипка или карандаш, возможно лишь при наличии факта знакомства с этими предметами в прошлом, т. е. чтобы «признать» в карандаше именно карандаш, необходимо хотя раз до этого увидеть карандаш и в общих чертах знать, какая, собственно, сущность стоит за обозначением «карандаш». Таким образом, процесс узнавания предполагает участие памяти и неких «обучающих» элементов. Именно об этих участниках процесса узнавания мы и расскажем вкратце, прежде чем вплотную займемся зрительной системой.