Рахул Джандиал
Нейрофитнес. Рекомендации нейрохирурга для улучшения работы мозга
Заглянем под крышку черепа
Замечу, что мозг не «сидит» внутри черепной коробки: он плавает, предохраняемый от механических воздействий естественным амортизатором (поглотителем ударов), который называется цереброспинальной (спинномозговой) жидкостью, или кратко – ликвор. Эту жидкость в объеме двух чашек[8] ежесуточно вырабатывают запрятанные в глубинах мозга полости – желудочки.
На вид ликвор как вода, он насыщен веществами, служащими «питательной средой» для мозга. Спинномозговая жидкость обеспечивает его биологически активными факторами, которые поддерживают здоровье мозга и выводят из него продукты метаболизма.
Самое необычное в мозге – текстура, которую ощущаешь, дотрагиваясь до его ткани. Вы могли бы подумать, что она напоминает жир или мышцу: ткни ее пальцем, как мы шутя тычем кого-нибудь в живот, и она слегка продавится, а потом расправится и примет прежнюю форму. Вынужден вас разочаровать: по текстуре мозг не сравним ни с какой другой живой плотью. Его консистенция скорее напоминает начинку фруктового пирога или молочный пудинг. Ткни его – и палец легко проскочит внутрь. Зачерпни его с наперсток – и там окажется добрый миллион мозговых клеток.
Наиболее ценны клетки, образующие внешнюю оболочку. Думаю, все слышали о таком понятии, как кора головного мозга (КГМ) – ее еще называют церебральным кортексом. Это совсем не синоним мозга в целом. Слово кортекс (cortex) происходит от того же латинского корня, что и cork (пробка) – кора, покрывающая ствол пробкового дуба. Церебральный кортекс, по сути, та же корковая ткань, но только сверху мозга. Невероятно, но кора головного мозга толщиной чуть более 5 мм и есть место, где совершается большинство чудес высшей психической деятельности, присущей только человеку: сознание, речь, восприятие, мышление.
Визуально самая примечательная особенность поверхности мозга заключается в том, что она очень похожа на грецкий орех или складчатый рельеф из тесно прилегающих вытянутых холмов и впадин. Каждый из множества холмиков называется извилиной, а углубления между ними именуются бороздами.
Зачем, спросите вы, мозгу такая складчатая структура? А затем, чтобы как можно больше увеличить площадь своей поверхности. Если расправить все складки его коры, она окажется с пиццу размера «экстра». Мозгу требуется максимум этой тонкой, но такой могущественной оболочки – коры. А что нужно сделать, чтобы ее как можно больше вместилось внутрь тесной черепной коробки? Правильно: сложить как гармошку или, если хотите, как плиссированную штору.
Главное, что надо уяснить о коре головного мозга, – это что вся она и есть «серое вещество», то есть тела нейронов (мозговых клеток). Под мощным микроскопом можно увидеть, что нейроны выстроены столбиками, образующими вертикальные структуры, по виду напоминающие сосны в бору. И подобно корням дерева, каждый нейрон имеет разветвленную сеть нитевидных отростков, или соединительных волокон, связывающих его с другими нейронами. Эти соединительные волокна – биологический эквивалент электрических кабелей – и есть «белое вещество», составляющее 60 % мозга.
Входящие отростки, по которым электрические сигналы поступают в тело нейрона, называются дендритами; а исходящие, которые посылают сигналы от нейрона другим клеткам, – аксонами. Таким образом, если одному нейрону необходимо пообщаться с другим, он посылает электрический сигнал через свой аксон, чтобы тот передал его одному из дендритов нейрона-собеседника. При этом аксон одного и дендрит другого никогда не соприкасаются физически. Вспомните созданную гением Микеланджело роспись Сикстинской капеллы – тот фрагмент, где Господь сообщает искру жизни сотворенному им Адаму: их пальцы близко-близко, но не соприкасаются.
Промежуточное пространство, называемое синапс, и есть место контакта между двумя нейронами, где кружится водоворот различных химических сигналов. Эти неугасимые биохимические «угольки», посредники в процессе синаптической передачи, называемые нейромедиаторами, проплывают через синаптическую щель, передавая сигнал химическим путем. Существует множество разнообразных нейромедиаторов – кто-то из вас наверняка слышал о таких, как дофамин, серотонин, эпинефрин (адреналин) и гистамин – причем каждый по-своему воздействует на нейрональные взаимосвязи и нейрональную функцию. А теперь мысленно соедините все это, и вы получите представление о том, как устроен механизм, способный генерировать бесконечную гамму переживаемых нами чувств, мыслей, впечатлений и образов.
ВЫДУМКИ О МОЗГЕ: КАЖДОЕ ХИМИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО МОЗГА ИГРАЕТ ТОЛЬКО ОДНУ РОЛЬ
Бытует мнение, что дофамин – однозначно медиатор «удовольствия», который омывает мозг, когда мы переполнены любовью или счастьем либо когда находимся под действием наркотика, например кокаина. Однако, как свойственно всем нейромедиаторам, он может выполнять несколько функций. Да, дофамин безусловно и непосредственно участвует в формировании субъективных ощущений удовлетворенности и наслаждения, а его недостаток вызывает двигательные затруднения у страдающих болезнью Паркинсона. Когда для восполнения дефицита дофамина пациенту прописывают препараты типа леводопы (или L-допы), позволяющие ослабить симптомы двигательного расстройства, может проявиться целый ряд побочных эффектов, проливающих свет на истинные свойства дофамина: у одних развивается игровая зависимость, у других – гиперсексуальность. Отсюда вывод: приписывать каждому нейромедиатору одну-единственную чувствительную или когнитивную функцию – чрезмерное, недопустимое упрощенчество.
Все нейромедиаторы – не только дофамин, но и адреналин, норадреналин, глутамат, гистамин и многие другие – в разных отделах мозга исполняют свои функции.
Но вернемся к общей картине. Функционально кора головного мозга разделяется на четыре отдела (или доли), каждый из которых выполняет конкретный набор задач. Однако структурно мозг также подразделяется – если смотреть на него сверху – на правое и левое полушария. Их соединяет расположенное в глубокой щели под корой мозолистое тело, образованное сплетением сотен миллионов аксонов. Каждая из четырех долей коры, равно как и другие мозговые структуры, расположенные ниже корковой ткани в более глубоких отделах мозга, парны – как парны у нас органы зрения, слуха, а также верхние и нижние конечности.
Предлагаю начать с той доли коры головного мозга, которая присуща только нам, человеческим существам: с обширной лобной доли, простирающейся под выпуклостью лба.
Лобная доля коры
Лобной доле принадлежит центральная роль в формировании мотивации и поведения, направленного на получение поощрения.
Когда вы внимательно слушаете, что говорит учитель или начальник, знайте, это работает ваша лобная кора. А когда решаете математическую задачку? Это тоже заслуга лобной доли коры. А кто подсказывает нужное слово, когда вы разгадываете кроссворд? Также она. Она же при деле, если вы размышляете, как приструнить бывшего приятеля, который в последнее время начал сплетничать о вас. Знайте, все это собрание разноречивых переживаний, мыслей, воспоминаний и ответных реакций требует руководства со стороны лобной коры.
А когда так и хочется выскочить из машины и от души наорать на кого-нибудь, изнывая в дорожной пробке, предполагается, что лобная доля коры должна вмешаться и остудить ваш пыл: «Полно, дружок, оно того не стоит».
В сущности, руководство сложными мыслительными усилиями, которые требуются, чтобы вырабатывать решения, перебирать, взвешивать и сопоставлять альтернативные возможности, осуществляет не вся лобная доля, а лишь ее часть, называемая префронтальной корой (ПФК). В соответствии со своим названием она и есть самая выступающая часть лобной коры. В префронтальной коре локализуются основные психические функции, которые делают нас разумными: способность планировать, ставить цели, проявлять индивидуальность и свойства личности, усваивать правила и осуществлять прочие исполнительные функции[9], позволяющие сносно существовать в этом многосложном, изобилующем тонкими оттенками мире, который безжалостно обстреливает нас всевозможными стимулами.
Еще одна подобласть фронтальной коры расположена возле наружного края брови только с одной стороны в «доминирующем» полушарии: как правило, левом (если вы правша) и очень редко – в правом (если вы левша). Эту подобласть называют зона Брока, она ведает нашей способностью к речи. В главе 3, где мы подробно рассмотрим, в каком месте мозга локализована функция овладения языками, дается полное описание зоны Брока и прилежащих к ней областей, ответственных не только за наше умение говорить, но и за способность понимать речь.
Теменная доля
Теменная доля коры располагается примерно на 10 см ниже вертекса (макушки) и спускается к затылочной области шеи. Она контролирует сенсорное восприятие, ощущения. В первой половине ХХ века канадско-американский нейрохирург Уайлдер Пенфилд[10] составил функциональную карту коры головного мозга, где точно обозначил, в каком ее участке находится представительство различных мышц и органов тела человека.
Используя крошечный вилочковый зонд, между зубцами которого проходил очень слабый электрический ток, Пенфилд легонько прикасался к различным участкам теменной доли у находящихся в сознании пациентов, которым проводились операции на головном мозге.
(Может, это страшная тайна, но мы до сих пор оперируем на мозге пациентов, находящихся в сознании, когда это необходимо. Как выяснилось, поверхность мозга нечувствительна. Кожа головы боль ощущает, а вот в мозге болевые рецепторы отсутствуют. В этом смысле он полагается на своих посланцев – ими выступают нервные волокна, обеспечивающие передачу сигналов между ним, спинным мозгом и другими органами. Таким образом, если я срежу участок кожи у вас на голове и вскрою череп, пока вы под наркозом, а потом постепенно отключу анестезию, вы очнетесь, ощущая некоторую сонливость, но не чувствуя никакой боли, и сможете дать мне знать, если я дотронусь до какой-либо точки мозга, которая затруднит вам способность двигаться, говорить или видеть, или какой-либо другой.)
Примерно так, шаг за шагом, Пенфилд кропотливо исследовал теменную долю коры мозга, раздражая гальваническим зондом разные точки, и опытным путем устанавливал, за какие функции отвечает каждая из них. Например, при воздействии на один участок теменной коры пациент ощущал прикосновение к ноге, при касании другого казалось, что его ударили по щеке. Затем Пенфилд свел все данные в общую карту теменной доли коры и нарисовал забавную карикатуру, получившую название «коркового человечка», или гомункулуса (см. рисунок ниже). Части тела изображены пропорционально территории теменной доли, отвечающей за эти органы; вот почему у гомункулуса такие огромные ручищи, губы и язык при довольно хиленьком тельце и массивных бедрах.
Обратите внимание, что в теменной доле языку, губам и пальцам отведено столько же места, сколько всей части тела ниже бедер. Именно поэтому поцелуй или поглаживание так возбуждают нас.
И вот что удивительно: прошло уже 40 лет, как нет Пенфилда, а его карты все еще в ходу и считаются настолько точными, что мы и по сей день обращаемся к ним для получения общего представления, где находятся те или иные моторные (двигательные) функции и функции сенсорного восприятия.
Затылочная доля
Участок коры мозга ниже теменной доли, уходящий вниз вдоль затылка, называется затылочной долей и отвечает за обработку зрительной информации. Если у человека в результате инсульта или травмы повреждены обе затылочные доли – и левая, и правая, он лишится зрения, несмотря на то что глаза нормально функционируют.
Странности обнаруживаются, если повреждена одна из затылочных долей, неважно, левая или правая, причем все зависит от локализации травмы. В некоторых случаях ее влияние на зрение почти неощутимо, а в других может развиться поддающееся коррекции состояние, называемое гомонимной (или односторонней) гемианопсией. Это частичная слепота в обоих глазах, когда у пациента выпадает восприятие или правой, или левой половины поля зрения. Иными словами, центральное зрение не страдает и он хорошо видит все, что прямо перед ним, тогда как периферическое нарушается.
Височная доля
Приложите пальцы к голове примерно на 2,5 см выше ушей. Как раз под ними окажутся две половинки четвертой, височной, доли коры мозга. Неудивительно, что эта доля отвечает за восприятие и обработку звуков вообще и понимание речи в частности.
Доктор Пенфилд исследовал с помощью своего гальванического зонда и височную долю коры. При стимуляции некоторых ее участков он обнаруживал, что пациент вдруг лишался способности понимать речь. При раздражении других точек возникала поразительно широкая гамма ощущений: пациентам казалось, что они видят сны, или испытывают удушье, или дежавю, горят, падают и даже впадают в религиозный экстаз.
Однажды я проводил электростимуляцию височной доли пациента, у которого в ее глубине засела опухоль. Выискивая место, где можно сделать разрез поглубже, не травмируя важных участков мозга, пробовал разные точки и спрашивал об ощущениях, если он вообще что-нибудь чувствовал.
Когда я коснулся зондом некой точки, он воскликнул: «Я слушаю Кендрика Ламара![11] Он читает рэп!»
Пациент слышал его так четко, будто рядом с ухом находился динамик.
Под корой
Четыре доли мозговой коры, описанные нами, образуют внешнюю оболочку мозга. Под ней соединяются аксоны и дендриты, создавая каналы связей для миллиардов расположенных вверху нейронов между собой и с более глубинными структурами мозга. Подкорковые (субкортикальные) структуры мозга частично выполняют роль транзитных узлов (пересадочных пунктов) для сигналов, поступающих в спинной мозг и из него. Они модулируют сигналы и осуществляют их тонкую настройку.
ВЫДУМКИ О МОЗГЕ: СЕРОЕ ВЕЩЕСТВО РЕАЛЬНО СЕРОЕ
В живом мозге клетки серого вещества совсем не серого цвета, равно как и белому веществу далеко до белизны. Мозговые ткани приобретают отчетливые оттенки только в мозге умершего человека, когда их наполняют консервантами. Внутри живого мозга серое вещество имеет переливчатый бежево-розовый тон, а белое, представляющее собой пучки аксонов в жировой миелиновой оболочке, по цвету ближе к перламутру. В ярком свете операционной хорошо видно, что переливчатую поверхность мозга оттеняет густая сеть рубиново-красных артерий и гиацинтового цвета вен.
Гиппокамп – парная структура, притаившаяся в основании височной доли. Название происходит от сходства этого органа с морским коньком, на что впервые обратил внимание один венецианский анатом XVI века (от греч. hippos – лошадь и kampos – морское чудище). Гиппокампа у нас два, по одному в правой и левой частях височных долей, и они играют ключевую роль в формировании новых воспоминаний.
Обычно один из них берет на себя ведущую роль, делая второй избыточным, что позволяет нам удалить тот, который провоцирует эпилептические припадки, без потери пациентом способности запоминать людей, места или события. Какой гиппокамп доминирует, мы определяем, ненадолго «отключая» сначала правый, потом левый препаратом, вызывающим временный паралич гиппокампа, и задаем пациенту контрольные вопросы на запоминание.
Впервые выяснить роль гиппокампа помог трагический случай, произошедший с человеком, до кончины в 2008 году известного широкой публике как «пациент H. M.». Генри Молисон с детства страдал тяжелыми эпилептическими припадками. В 1953 году, когда Молисону было 27, ему провели экспериментальную операцию по частичному удалению левой и правой височных долей: врачи надеялись раз и навсегда устранить аномальные электрические разряды в его мозге, служившие причиной припадков. В итоге хирурги удалили ему оба гиппокампа и прилежащие к ним участки височных долей. После операции Молисон сохранил способность формировать беглые кратковременные воспоминания (например, мог помнить, что говорил минуту назад какой-то человек), а вот способность создавать долговременные воспоминания утратил (спустя час он уже совсем не помнил о состоявшейся беседе и о чем именно шла речь), став в буквальном смысле беспамятным.
Миндалевидное тело, или амигдала, как и гиппокамп, представляет собой парный орган, половинки которого располагаются в правом и в левом полушариях мозга. Его расположение легче уяснить, если представить две прямые, идущие из глаз внутрь черепа. На их пересечении с поперечной прямой, проведенной через уши, и размещаются миндалевидные тела.
К несчастью, эта парная структура мозга снискала печальную известность как место, где гнездится страх. Однако это невероятное упрощение не только наивно, но и в корне неверно. Оно зародилось в дилетантских описаниях редкого заболевания, называемого синдромом Клювера – Бюси, который характеризуется полной утратой чувства страха в результате травмы миндалевидного тела. И хотя амигдала действительно играет важную роль в формировании чувства страха, она также генерирует и положительные эмоции. Словом, миндалевидное тело никакой не центр страха в головном мозге, а своего рода зона, продуцирующая сильные эмоции.
Дальше на очереди таламус, еще одна парная структура. Размерами он больше, чем другие глубинные структуры, и помещается у основания мозга, прямо поверх ствола мозга. Это огромное скопление серого вещества и есть настоящий центр больших полушарий мозга. Таламус своего рода «перекресток дорог», или пересадочная станция, через него неминуемо пролегают маршруты всех аксонов на пути к спинному мозгу. Здесь, в таламусе, сигналы аксонов регулируются; посылаемые мышцам двигательные сигналы выравниваются и усиливаются. Между тем сенсорные импульсы, поступающие от расположенных во всех частях тела рецепторов, аналогичным же образом модулируются и направляются в пункты назначения – к соответствующим областям коры мозга. Словом, таламус действует как телефонистки на коммутаторе в старые добрые времена, распределявшие потоки входящих и исходящих звонков по номерам абонентов.
Находящийся непосредственно под таламусом гипоталамус размером не больше виноградины, но играет чрезвычайно важную роль, поскольку управляет выделением гормонов, которые регулируют кровяное давление, температуру тела, рост и многое другое. Во время операций для нас, нейрохирургов, это нечто наподобие бесполетной зоны, куда категорически нельзя вторгаться.
Ствол головного мозга, или мозговой ствол, располагается в основании и по центру мозга, а толщиной он примерно с большой палец руки. Если засунуть в рот выпрямленный большой палец, он укажет как раз на мозговой ствол. В задней проекции мозговой ствол приходится примерно вровень с воротничком сорочки. Этот участок мозга управляет базовыми функциями, такими как дыхание, сон, частота сердцебиений, сознание и болевая чувствительность. Если он поврежден, выздоровление невозможно, при такой травме чудес ожидать не приходится.
Мозжечок (лат. cerebellum – малый мозг) располагается позади мозгового ствола в самой нижней части мозга и имеется у всех позвоночных. Он способствует улучшению двигательной функции, регулируя мышечный тонус, и особо сильно влияет на координацию движений. Раньше считалось, что мозжечок отвечает только за регуляцию моторики, но сегодня нейробиологам уже известно, что он играет также важную роль в обеспечении ряда когнитивных и эмоциональных функций. Его даже нередко величают «регулируемой самообучающейся машиной», которая выполняет настройку мыслей и чувств так же, как и настройку движений. А в целом наши знания о мозге пока еще далеко не полны и относятся к категории «подлежит уточнению».
Опускаемся ниже шеи
Многие представляют себе мозг как изолированный, сверху приставленный к телу орган, наподобие центрального пульта управления и контроля. На самом деле он раскинул свои щупальца по всему телу. «Хвост мозга», или спинной мозг, имеет 32 пары ответвлений спинномозговых нервов, которые идут от позвоночного столба к конечностям, позволяя головному мозгу понять, к чему прикасаются пальцы, и в ответ давать им соответствующие команды: следует подобрать вот эту виноградину или потрясти ствол вон того дерева. Другие группы нервов выходят непосредственно из головного мозга и спускаются к сердцу и другим внутренним органам, чтобы регулировать их функции: например, указывать, с какой частотой им пульсировать или сокращаться, и в ответ сигнализировать сознанию, что, скажем, мы разволновались до «бабочек в животе».
Мозг оказывает влияние на тело не только посредством нервных волокон. Глубинные его структуры, например гипоталамус, вырабатывают гормоны, воздействующие на секреторную функцию гипофиза (или питуитарной железы), который управляет деятельностью большинства желез внутренней секреции. Из мозга гормоны с током крови поступают во внутренние органы и сообщают щитовидной железе, надпочечникам и половым железам (яичкам или яичникам), что им делать. Все железы нашего тела подчиняются химическим веществам, которые секретируются гипофизом. Он висит на нижней поверхности головного мозга пониже лба, прямо за верхней частью спинки носа. Как и в случае с нервными волокнами, посылаемые мозгом во все уголки тела сведения «с мест» определяют уровень гормонов, что позволяет организму сохранять адаптацию к внешним условиям. При заболевании эта способность нарушается.
Мы до сих пор не имеем точного представления о том, как из плоти и крови рождается сознание или как из вещества возникает разум. Мы пока первопроходцы в картировании лабиринтов мозга, и наши карты еще очень приблизительны и неполны. Жду не дождусь момента, когда будут заполнены все сегодняшние пробелы в наших знаниях о мозге.
УЧЕНЫЕ О МОЗГЕ: ЭЙНШТЕЙН И СЕКРЕТ ЕГО НЕЙРОГЛИИ
Альберт Эйнштейн оставил конкретные и однозначные распоряжения, как после его смерти поступить с ним: тело следовало кремировать, а прах развеять тайно, без огласки. Но воля ученого не была выполнена. Когда 18 апреля 1955 года Эйнштейн скончался, дежурный патологоанатом Томас Харви извлек его мозг и утащил домой. Там он рассек его на 240 частей – срезов для микроскопического исследования, поместил в формалин, а затем в две стеклянные банки, которые спрятал в подвале своего дома. А потом время от времени посылал ученым из разных стран по несколько образцов мозга гениального ученого.
Одним из адресатов Томаса Харви оказалась нейроанатом Мэриан Даймонд. Я отлично помню доктора Даймонд: в Беркли она читала нам курс анатомии, и ее лекции неизменно собирали аншлаги. Она первой среди ученых на примере крыс доказала, насколько повышаются плотность мозгового вещества и эффективность мозговой деятельности под влиянием обогащенной среды – в случае с крысами это были игрушки и компания других особей. А звездный час в науке наступил для доктора Даймонд в 1985 году, когда она обнародовала результаты исследования четырех срезов мозга Эйнштейна[12].
Там обнаружилось значительно больше глиальных клеток, чем в мозге среднестатистического мужчины. Между тем нейроглию, как еще называют эти вспомогательные клетки нервной ткани, окружающей нейроны, чтобы питать и предохранять их, ученые долгое время незаслуженно обходили вниманием. Исследования доктора Даймонд доказали важность глиальных клеток, роль которых в развитии мозга выходит далеко за пределы миссии сторонних наблюдателей.
Как сегодня известно, примерно 85 миллиардов глиальных клеток снабжают нейроны питательными веществами и кислородом, изолируют один нейрон от другого, уничтожают вторгающиеся патогенные микроорганизмы, выводят погибшие нейроны и усиливают нейрональные взаимосвязи.
