Дэвид Иглмен - Мозг: Ваша личная история

На изображении мозга Кэмерон белое пространство – отсутствующая половина мозга.

Неужели это возможно? Получается, что половина мозга Кэмерон оказалась просто лишней; вторая половина оперативно перестроилась и взяла на себя утраченные функции, так что вся деятельность сосредоточилась в половине мозга. Выздоровление Кэмерон подчеркивает эту удивительную способность мозга: он перестраивает себя, приспосабливаясь к вводу информации и требуемым действиям, к задачам, которые решаются в настоящий момент.

В этом смысле мозг совсем не похож на аппаратную часть компьютеров. Он «живой». Он перестраивает свои цепи. Мозг взрослого человека менее пластичен, чем мозг ребенка, но по-прежнему сохраняет поразительную способность к адаптации и изменению. Как мы видели в предыдущих главах, каждый раз, когда мы усваиваем что-то новое, будь то карта Лондона или умение строить пирамиду из стаканчиков, мозг меняет себя. Именно это свойство мозга – пластичность – позволяет соединить технологию с биологией.

Подключение периферийных устройств

Человек учится встраивать разнообразные механизмы непосредственно в свое тело. Возможно, вы этого не знаете, но уже сотни тысяч человек имеют искусственный слух и искусственное зрение.

При помощи такого устройства, как имплантат улитки, внешний микрофон оцифровывает звуковой сигнал и передает его прямо в слуховой нерв. Аналогичным образом имплантат сетчатки оцифровывает сигнал от видеокамеры и через электрод передает его в зрительный нерв в задней части глаза. Эти устройства вернули слух и зрение множеству глухих и слепых людей во всем мире.

Поначалу ученые сомневались, сработает ли такой подход. При появлении этих методов многие исследователи были настроены скептически: мозг – очень тонкий и точный механизм, и неизвестно, возможен ли содержательный диалог между металлическими электродами и живыми клетками. Способен ли мозг понять грубые, не биологические сигналы или они поставят его в тупик?

Как оказалось, мозг учится интерпретировать сигналы. Привыкание к имплантатам чем-то похоже на изучение нового языка. Поначалу незнакомые электрические сигналы лишены смысла, но в конечном итоге нейронные сети извлекают закономерности из поступающих данных.

Включай и работай: экстрасенсорное будущее

Пластичность мозга позволяет использовать новые входные сигналы. Какие сенсорные возможности это открывает перед нами?

Мы приходим в мир со стандартным набором основных чувств: слухом, осязанием, зрением, обонянием и вкусом. К ним добавляются и другие, такие как чувство равновесия, способность ощущать вибрации и температуру. Наши органы чувств – это порталы, через которые мы получаем сигналы от окружающей среды.

Однако, как уже было показано в главе 1, эти органы чувств позволяют воспринимать лишь крошечную часть мира, который нас окружает. Все источники информации, для которых отсутствуют датчики, остаются для нас невидимыми.

Я рассматриваю наши сенсорные порталы как устройства типа «включай и работай». Суть в том, что мозг не знает, откуда он получает информацию, – более того, ему это безразлично. Независимо от источника информации мозг определяет, что с ней делать. В данной аналогии мозг играет роль вычислительного устройства общего назначения: он работает с тем, что получает. Идея заключается в том, что Природе требовалось всего один раз изобрести принцип работы мозга, а затем она могла развлекаться, придумывая новые каналы ввода.

В результате все эти сенсоры, которые мы знаем и любим, представляют собой просто внешние устройства, которые можно присоединять и отсоединять. Достаточно подключить их, и мозг может приступать к работе. Таким образом, эволюции не требуется постоянно переделывать мозг; достаточно совершенствовать периферийные устройства, а мозг сам разберется, как их использовать.

Имплантат улитки передает звуковые сигналы непосредственно в неповрежденный слуховой нерв. Слух возвращается не сразу: люди должны научиться понимать незнакомый язык сигналов, которые поступают в мозг. Вот как описывает свои ощущения Майкл Хорост, один из пациентов, которым вживили имплантат:

«Когда через месяц после операции устройство включили, первое услышанное мной предложение звучало как «Зззззз сзз сзвизз ур брфзззззз?», которое постепенно превратилось в «Что вы ели на завтрак?». После нескольких месяцев тренировок я мог снова пользоваться телефоном и даже разговаривать в шумных барах и кафе».

Принцип действия имплантата сетчатки аналогичен. Крошечные электроды имплантата заменяют фоторецепторы сетчатки, посылая слабые электрические импульсы. Эти устройства используются в основном при таких заболеваниях глаз, когда происходит дегенерация фоторецепторов на задней стенке, но клетки зрительного нерва остаются неповрежденными.

Несмотря на грубость входных сигналов, мозг находит способ извлечь из них смысл. Он выискивает закономерности, обращаясь к сигналам от других органов чувств. Если в поступающих данных обнаруживается некая структура, мозг выявляет ее, и через несколько недель информация начинает приобретать смысл.

Присмотревшись к животному миру, вы увидите поразительное разнообразие периферийных сенсоров, которые использует мозг разных животных. У змей есть датчики температуры, гимнотообразные рыбы обладают особыми органами, которые регистрируют изменения электрического поля. У коров и птиц имеется компас, при помощи которого они могут ориентироваться в магнитном поле Земли. Некоторые животные способны видеть в ультрафиолетовом свете. Слоны слышат звуки на огромном расстоянии, а собаки живут в богатом мире запахов. Горнило естественного отбора – это пространство для экспериментов, и приведенные примеры – лишь некоторые из способов, найденных генами, чтобы передавать данные из окружающего мира в мир внутренний. В конечном счете эволюция создала мозг, который способен воспринимать разные срезы реальности.

Я хотел бы подчеркнуть, что в тех органах чувств, к которым мы привыкли, возможно, нет ничего особенного. Они просто унаследованы нами от сложной истории эволюционных ограничений. Нам не обязательно за них держаться.

Главное доказательство истинности этой идеи дает нам концепция, получившая название сенсорного замещения, когда сенсорная информация подается по необычным каналам, например, зрительная – путем осязания. Мозг сам решает, что делать с этой информацией, поскольку ему безразлично, каким образом поступают данные.

На первый взгляд сенсорное замещение похоже на научную фантастику, однако это явление – установленный факт. О первой его демонстрации рассказал журнал Nature в 1969 г. В своей статье нейробиолог Бах-и-Рита продемонстрировал, что слепые люди могут научиться «видеть» предметы, даже если зрительная информация поступает к ним необычным путем. Слепых усаживали в модифицированное зубоврачебное кресло, и видеосигнал с камеры подавался на матрицу из маленьких поршней, прижатых к пояснице. Другими словами, если вы рисуете перед камерой круг, участник эксперимента почувствует круг на своей спине. Как это ни удивительно, слепые люди начинали распознавать объекты и чувствовали увеличение размера приближающихся предметов. В определенном смысле они могли видеть спиной.

Четыре метода доставить зрительную информацию в мозг через необычные сенсорные каналы: поясницу, уши, лоб и язык.

Это был первый пример сенсорного замещения; за ним последовали другие. Современные варианты данного подхода включают превращение видеосигнала в звуковой поток или серию слабых электрических импульсов на лбу или на языке.

Примером последнего метода может служить устройство размером с почтовую марку под названием BrainPort, которое посылает слабые электрические импульсы через крошечную пластинку, прикрепленную к языку. Слепой человек надевает темные очки с вмонтированной в них маленькой камерой. Пиксели камеры преобразуются в электрические импульсы, прикладываемые к языку, – ощущается нечто вроде покалывания, как от газированного напитка. Лишенные зрения люди могут с большим искусством пользоваться прибором, обходя препятствия или забрасывая мяч в баскетбольную корзину. Слепой спортсмен Эрик Вейхенмайер использует BrainPort при скалолазании, определяя положение утесов и трещин по рисунку импульсов на языке.

Возможность «видеть» языком кажется безумием, но следует помнить, что зрение – это всего лишь электрические сигналы, поступающие во тьму вашего черепа. Обычно они приходят по зрительным нервам, однако нет никакой причины, почему эта информация не может поступать по другим каналам. Сенсорное замещение демонстрирует, что мозг берет все поступающие данные, независимо от источника, и выясняет, что он может из них получить.