Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

эволюции. Будь вы змеей, ваша последовательность ДНК скомандовала бы телу распаковать у вас на голове термочувствительные ямки, способные воспринимать инфракрасное излучение. Родись вы рыбой хвостопёрой ножетелкой (ее еще называют «черный нож»), буковки в вашем генетическом коде распаковали бы вам особый сенсорный орган — электрорецепторы, улавливающие малейшие возмущения в электрическом поле. Родись вы бладхаундом или поисковой собакой другой породы, ваш генетический код содержал бы указания снабдить вас огромной мордой, густо усеянной обонятельными рецепторами. Или, например, вы могли бы родиться раком-богомолом, и тогда, согласно генетическим инструкциям, обзавелись бы глазами с шестнадцатью типами фоторецепторов. У звездоноса[19] кожные наросты на носу наподобие пальчиков, расположенные по 11 штук с каждой стороны, выполняют роль органов осязания и создают в его мозге трехмерную модель системы прокопанных им подземных ходов. Многие птицы, коровы, а также насекомые обладают магниторецепцией, это чувство дает им возможность ощущать магнитное поле Земли, и потому они прекрасно ориентируются в пространстве.

Требовалось ли мозгу каждый раз заново перестраиваться под соответствие каждому из этих разнообразных периферических устройств? Думаю, что нет. На протяжении эволюции случайные мутации приводили к образованию самых необычных органов чувств, и принимающий от них информационные потоки мозг всякий раз сам додумывался, каким образом использовать их. А когда главные принципы действия мозга раз и навсегда установились, природе остается только одна забота — изобретать новые периферийные сенсоры.

Такая точка зрения подсказывает нам интересный вывод: сенсорные устройства, с которыми мы приходим в мир (глаза, носы, уши, языки, кончики пальцев), далеко не исчерпывают всего спектра сенсоров, какими теоретически мы могли бы обладать. Наш конкретный инструментарий просто унаследован нами в результате долгого и прихотливого эволюционного пути.

Однако вполне возможно, что мы совсем не обречены пользоваться только тем набором органов чувств, каким снабдила нас природа. В конце концов, способность мозга извлекать смысл и пользу из поступающих к нему данных самого разного рода намекает нам на предположение довольно неожиданное и где-то даже сумасбродное: какой-либо сенсорный канал мог бы передавать мозгу информацию, которая в норме поступает через другой сенсорный канал. Например: а что, если преобразовать поток данных от видеокамеры в тактильные ощущения на коже? Сумеет ли мозг, хорошенько подумав, выстроить зрительную картину окружающего мира, просто осязая ее?

Добро пожаловать в мир, что всякой выдумки странней[20], — мир сенсорного замещения.

Сенсорное замещение

Сама по себе мысль, что мозгу можно поставлять информацию по неправильным каналам, вероятно, выглядит слишком умозрительной и даже дикой (рис. 4.7). Между тем первая научная статья, где продемонстрировано практическое воплощение этой идеи, уже полвека как опубликована в журнале Nature.

Рис. 4.7. Сенсорное замещение: отправляйте мозгу информацию непривычными для него проводящими путями

Javier Fadul, Kara Gray, and Culture Pilot

Эта история берет начало еще в 1958 году, когда практикующий врач Пол Бах-и-Рита[21] получил трагическую весть, что его отца, 65-летнего преподавателя, поразил обширный инсульт. И что отныне он, наполовину парализованный и почти утративший речь, будет прикован к инвалидному креслу. Это был практически приговор, но Пол и его младший брат Джордж, изучавший медицину в Национальном автономном университете Мексики, не пожелали смириться и принялись искать способы помочь отцу. Общими силами они разработали и применили новую уникальную индивидуализированную программу реабилитации.

Как отзывался о ней Пол: «Мы действовали жестоко, но нами двигала любовь. Джордж обычно бросал что-нибудь на пол и просил отца: “Пап, иди подбери”»10. Также они занимали его мелкими домашними делами, например давали подметать крыльцо, — под осуждающими взглядами соседей. Тем не менее мучительные старания отца выполнять эту элементарную работу более чем оправдывали себя. Пол так выразил мнение отца по поводу такой трудотерапии: «Этот никчемный малый хоть на что-то да сгодился».

Жертвы инсульта обычно восстанавливаются лишь частично — а нередко вообще не восстанавливаются, — и потому братья Бах-и-Рита не хотели обольщаться ложными надеждами. Они-то хорошо знали, что если инсульт убил мозговую ткань, то она потеряна безвозвратно.

Между тем отец восстанавливался неожиданно хорошо. Настолько хорошо, что не только вернул себе способность ходить и говорить, но даже возобновил преподавательскую деятельность и прожил дольше, чем можно было рассчитывать (а умер он от сердечного приступа во время очередного похода в горы, на высоте 2700 м над уровнем моря).

Пола глубоко впечатлили масштабы восстановления двигательных функций отца, а накопленный им опыт постинсультной реабилитации ознаменовал крутой поворот в жизни его самого. Он осознал, что мозг способен переучиваться. И даже когда навсегда утрачивает некоторые области, их функции способны брать на себя другие, неповрежденные. Пол оставил профессорскую должность в Научно-исследовательском офтальмологическом институте Смит-Кеттлуэлл в Сан-Франциско и поступил в резидентуру (последипломная больничная подготовка врачей в США) по реабилитационной медицине в Медицинском центре Санта-Клара-Вэлли. Пол намеревался исследовать состояние перенесших инсульт, таких же, как его отец. Мало того, он хотел выяснить, как заставить мозг действовать иначе, чем тот привык.

К концу 1960-х годов Пол Бах-и-Рита уже вовсю работал над собственной схемой реабилитации, хотя большинство коллег считали ее нелепой. В своей лаборатории Пол усаживал незрячего добровольца в переоборудованное стоматологическое кресло, в спинку которого на уровне поясницы была вмонтирована плата из 400 тефлоновых стерженьков конфигурации 20 × 20. Стерженьки могли выдвигаться и втягиваться под действием механических катушек индуктивности (соленоидов). Поверх головы испытуемого устанавливалась видеокамера на треноге. Поступающий от камеры видеопоток преобразовывался в покалывания стерженьков по коже на спине добровольца.

Перед камерой перемещали какой-либо предмет, а участник эксперимента должен был внимательно прислушиваться к тактильным ощущениям у себя на спине (рис. 4.8). С течением дней он натренировался лучше различать предметы, руководствуясь ощущениями, которые они вызывали. Это чем-то походило на игру, когда один человек пальцем рисует на спине другого буквы, а тот по форме отгадывает их. Такой чувственный опыт не стал в точности идентичным зрению, но это было только начало.

Рис. 4.8. Входящая видеоинформация трансформируется в прикосновения к спине

Javier Fadul, Kara Gray, and Culture Pilot

Обнаруженный Бах-и-Ритой феномен поразил ученых в его области: оказалось, что незрячие индивиды способны обучиться различать горизонтальные, вертикальные и диагональные линии. А те, кто продвинулся в тренировках дальше, могли научиться различать объекты простой формы и даже лица, причем только на основании покалываний на коже спины. Свои результаты Бах-и-Рита опубликовал в журнале Nature и дал статье необычное название «Замещение зрения тактильными проекциями» (Vision Substitution by Tactile Image Projection). Так было положено начало новой эре — эре сенсорного замещения11. Бах-и-Рита сформулировал свои выводы просто: «Мозг способен использовать поступающую от кожи информацию, как если бы она