Мозг. Тайны разума

Альтернативы Шеррингтона – два фундаментальных элемента или только один?

Моя профессиональная карьера определилась, как полагаю, в нейрофизиологической лаборатории профессора Шеррингтона в Оксфорде. После этого она продолжилась в коридорах и операционной комнате Монреальского неврологического института. Помимо этого, у меня было много других самых разнообразных занятий, но под внешним слоем этих интересов, где-то в глубине души меня всегда будоражило величайшее любопытство относительно природы человеческого разума. После того как перешел от изучения мозга животных к исследованию человеческого мозга, я поставил перед собой задачу понять механизм его работы и раскрыть, имеет ли этот механизм отношение к тому, как функционирует разум, и, если возможно, понять, как это происходит.

Мой учитель сэр Чарльз Шеррингтон получил Нобелевскую премию за свои исследования рефлексов и анализ интегративной активности нервной системы. Его интересы фокусировались главным образом на врожденных рефлексах, но после ухода на пенсию с поста главы кафедры физиологии Оксфордского университета в 1935 году в возрасте семидесяти восьми лет он перешел от экспериментов на животных к научным и философским изысканиям в области мозга и разума человека[3 - В 1937–1938 годах он читал лекции в рамках Шотландских Гиффордских лекций и опубликовал их в 1940 году под названием «Человек – о своей природе»

.].

В итоге он лишь смог сказать, что «нам следует рассматривать вопросы взаимоотношения разума и мозга как просто еще нерешенные, к тому же лишенные какой-либо базы, которая могла бы служить отправной точкой для начала такого их рассмотрения». В июне 1947 года он написал предисловие к своей книге «Интегративная активность нервной системы», которая впоследствии была опубликована в его честь Физиологическим обществом.

Последний параграф предисловия содержит его заключение относительно всего вышесказанного:

«Изначальная невероятность того, что наша сущность должна состоять из двух фундаментальных элементов, не выше, чем невероятность того, что она должна опираться только на один».

Прошло больше четверти века с того момента, как Шеррингтон написал эти слова. С тех пор мы узнали значительно больше о человеке, и я с волнением осознаю, что наступило время вернуться к двум его гипотезам, двум «невероятностям». Или активность мозга способна объяснить природу разума, или мы должны будем рассматривать два элемента[4 - Шеррингтон не рассматривал третью гипотезу, предложенную епископом Беркли, суть которой состоит в том, что существует только один элемент – разум, объясняющий все. В рамках берклианской трактовки материя не существует иначе как место в разуме (часть разума?).Написание этой книги было настоящим вызовом для меня. Приняв его, я мог лишь предложить результаты моего собственного опыта, просто описав его для клиницистов, физиологов и философов, а также для не специалистов, а обычных людей, интересующихся вопросами мозга и разума, извинившись перед всеми ними за то, что я не посвятил отдельную книгу каждой из вышеперечисленных областей знания.].

Возможно, мы можем сделать шаг вперед к пониманию проблемы, если попытаемся совместить две гипотезы и присовокупить их к существующим в настоящее время физиологическим данным. Настоящий ученый в своих изысканиях не должен быть ни монистом, ни дуалистом. Задача, которую он ставит перед собой, заключается в том, чтобы объяснить все, что в его силах и возможностях, путем критического анализа природы и мозга и с помощью соответствующих экспериментов. И лишь тогда он сможет, насколько это будет в его силах и возможностях, отбросив в сторону все свои предубеждения, сообщить нам нечто о Вселенной и о человеке. Но ему также следует время от времени останавливаться на достигнутом, не пересматривать и не рационализировать свои взгляды.

Лорд Эдриан, разделивший Нобелевскую премию с Шеррингтоном, в 1966 году высказался как нейрофизиолог: «Если мы позволяем себе размышлять о нашем собственном месте в общей картине мира, мы, похоже, выходим за пределы границ естественных наук». И в этом я согласен с ним. Тем не менее нам время от времени необходимо идти поперек той границы, и нет никакого смысла полагать, что нас при этом не будет сопровождать критическое суждение.

В мои руки попал необыкновенный по качеству и объему материал, так что я постоянно наталкивался на волнующие открытия. Я обобщал данные и вел записи на протяжении всей своей профессиональной карьеры. Однако впоследствии я с большим энтузиазмом обратился к авторству другого рода, возможно необдуманно. Может быть, обязанность каждого человека состоит в том, чтобы совершить нечто большее, чем просто вести записи. В ответ на возможные возражения я могу заявить, что после перерыва, даже в свои семьдесят или восемьдесят, я вижу все эти материалы в более зрелой перспективе. Разве это так трудно, если перефразировать Гамлета, полить «льстивый елей на мою душу»?

Однако все может быть, теперь, когда я возвращаюсь к материалу и окидываю взором свой жизненный опыт, я, кажется, вижу все это более четко и понимаю немного лучше. Таким образом, я предоставлю читателю краткий обзор этого прогресса паломника. Это будет рассказ о многочисленных и неожиданных откровениях, последующих сомнениях и исканиях, и, наконец, восхождении на более высокий уровень осознания вдохновляющей перспективы нового понимания. В конце я изложу выводы и заключения, носящие научный характер, и приведу гипотезы, представляющиеся очевидными. Потом, в силу того, что эти данные очень важны для других научных дисциплин, я перейду к рационализации и рассмотрению человеческой сущности с позиции обычного человека и, в меру своих возможностей, с точки зрения философа и даже теолога.

Может ли мозг объяснить суть человека? Способен ли мозг достичь путем нейрональной активности всего того, что выполняет разум? В конце концов, сведения, которые может представить клиническая физиология, должны помочь нам получить ответ на эти вопросы.

Чтобы яснее понять проблему сущности разума, давайте взглянем на эту нашу Вселенную в долгосрочной перспективе. Жизнь появилась на Земле только во второй половине тысячелетия – сначала в форме бесклеточных организмов, затем постепенно во все более сложных формах, сначала в морской среде, а затем на суше. В этой долгосрочной перспективе, появление свидетельств индивидуального самосознания и целеполагания представляется совершенно недавним событием. Сегодня человек с его поразительным разумом и чрезвычайно сложно устроенным мозгом стремится понять эту Вселенную, находящуюся внутри него самого, и более того, он стремится постичь природу жизни и сознания.

Физиологи, основываясь на изучении механизмов, действующих внутри тела и мозга высших и низших живых организмов, значительно лучше осветили эти вопросы. Ими были исследованы чувствительность и движения, действие рефлексов, память и поведение. Карл Лешли

отдал тридцать лет своей плодотворной жизни попыткам раскрыть природу «следа памяти» в мозге животных, начав с экспериментального изучения мозга крыс и завершив изучением шимпанзе. Он охотился за энграмой, записью этого следа. Иначе говоря: «структурным следом, который психический опыт оставляет на протоплазме». Поиски успехом не увенчались и закончились тем, что Лешли стал цинично смеяться над собственными усилиями, притворяясь, что задается вопросом, способны ли животные и даже люди вообще обучаться.

Рисунок из анатомического атласа Сигизмунда Ласковски

(фр. Anatomie normale du corps humain: atlas iconographique de XVI planches). 1894 г.

Между тем проблемы сознания и взаимоотношения мозга и разума трудно изучать на примере животных. С другой стороны, клиницисты в своем подходе к человеку могут резонно надеяться на прорыв в понимании физиологии памяти и физической основы разума и сознания.

Глава 2

Мозг как посланник сознания

Гиппократ, отец научной медицины, начал свою деятельность в V веке до нашей эры на маленьком греческом острове Кос. В то время некоторые философы, такие как, например, Эмпедокл и Демокрит, выступали со своими собственными объяснениями Вселенной и природы человека. Гиппократ противостоял тому, что он называл «недоказанными гипотезами» философов, и заявил, что только изучение и наблюдение природы и человека может указать дорогу к истинному знанию.

Он изучал человека в здоровом состоянии и в болезни, превратив медицину в науку и искусство. Но в человеке он видел нечто большее, чем природный объект, и тем самым ввел в медицинскую практику некий моральный кодекс, установил правила медицинского обслуживания. В клятве, которую он требовал от своих учеников и последователей, были такие слова: «Я направляю режим больных к их выгоде сообразно с моими силами и моим разумением, воздерживаясь от причинения всякого вреда и несправедливости. <…> Чисто и непорочно буду я проводить свою жизнь и свое искусство». Таким образом, он признавал моральное и духовное наравне с физическим и материальным.

Гиппократ оставил после себя одно единственное рассуждение о функции мозга и природе сознания. Оно было включено в лекцию, которую он читал собранию медиков, занимающихся эпилепсией, расстройством, которое и сегодня носит то же название. Приводим отрывок из этой лекции, этот поразительный всплеск озарения: «Некоторые люди говорят, что сердце является органом, которым мы думаем и которое чувствует боль и волнение. Но это не так. Людям следует знать, что от мозга, и только от мозга, проистекают наши удовольствия, радости, смех и слезы. Посредством него в особенности мы думаем, видим, слышим и отличаем уродливое от прекрасного, плохое от хорошего, приятное от неприятного… По отношению к сознанию мозг является посланником». Гиппократ утверждает: «Мозг является интерпретатором сознания». В другой части своего труда он отмечает, просто и четко, что эпилепсия происходит от мозга, «когда он не в норме».

На деле это его заявление стало предметом прекрасного трактата о мозге и разуме, которому предстояло появиться в медицинской литературе до момента значительно более позднего, чем время открытия электричества. Открытия, ставшего подтверждением того, что энергия мозга перетекает по нервам животных, что, в свою очередь, привело к открытию самого электричества.

В ретроспективе кажется совершенно очевидным, что Гиппократ пришел к такому заключению, общаясь с эпилептическими больными, когда они рассказывали свои истории, а также наблюдая за ними во время приступов их болезни. После прочтения следующих страниц читателю станет ясно, что эпилепсия все еще остается загадкой, которую предстоит раскрыть. Сквозь призму этого расстройства можно рассмотреть очень многое, касающегося мозга, если только приглядеться к нему внимательней.

Некоторые замечания Гиппократа, сделанные им после наблюдения за пациентами, многократно цитировались на протяжении столетий. Они и сейчас остаются образцами краткости и глубины прозрения. Больные эпилепсией определенного типа нередко заново переживают некоторые из своих прежних событий и ситуаций, в которых они, возможно, видят и слышат то, что видели и слышали в предыдущий период своей жизни. Осознав, что «источником эпилепсии является мозг, отклонившийся от нормы», Гиппократ, должно быть, понял – что энграма прежнего опыта является структурированной записью, хранящейся внутри мозга[5 - Несмотря на то что Гиппократа благодаря его учению следует считать основателем биологических наук, сведения о его жизни и личности с течением времени были почти полностью утрачены. Этот факт побудил меня в последние пять лет моей карьеры оперирующего нейрохирурга посвятить многие дни, недели и даже месяцы, свободные от моих клинических обязанностей, написанию исторического романа о нем как о человеке, каким он мог быть в действительности. Текст вырос в благодарственное беллетристическое подношение. Тем самым я лелеял надежду, что смогу показать истинного героя. (Факел, Литтл, Браун и Ко., Бостон, 1960; а также Джордж Харрап и Ко., Лондон, 1961.) Этот роман был переведен на несколько иностранных языков, а м-р Гурам Квеладзе, главный редактор издательства «Сабчота Сакартвело», перевел его на грузинский язык, опубликовал в Грузии, после чего 5 апреля 1968 года написал мне следующее: «Интерес грузинских читателей был значительно выше благодаря тому, что Гиппократ посещал Грузию и дал описание колхидских племен. Таким образом, грузинские читатели встретили в этой книге высокоуважаемую и широко известную личность!» Поскольку у меня не было времени проследить за этим интересным сюжетом и, скорее всего, уже не будет, возможно, некоторые грузинские ученые, увидев мои заметки, расскажут своим коллегам на Западе о том, как Гиппократу удалось пересечь Черное море и, конечно же, о посещении им Грузии.].

В те далекие времена было общепринятым считать, что сознание или душа располагаются в сердце. К примеру, четыре столетия спустя эти знакомые слова появились в христианской проповеди от Луки: «Мария держала все эти вещи и обдумывала их в своем сердце». Когда же люди наконец оставили идею того, что мышление осуществляется в сердце, и осознали, что главным «управляющим» органом является мозг, слова Гиппократа были надолго забыты. Люди верили в то, что мозг действует как некое мистическое целое, рассылающее и принимающее духовные послания, что соответствовало учению знаменитого врача древности Галена (131–201 гг. н. э.). Столетия спустя после Галена Гальвани открыл животное электричество (1791 г.), навсегда отбросив в сторону духовных посланников.

Рисунки из анатомического атласа Вильгельма Брауне (нем. Topographisch-anatomischer Atlas: nach Durchschnitten an gefrorenen Cadavern). 1867–1872 гг.

Сегодня мы знаем, что в работе мозга нет никакой мистики и он не функционирует как простое и несложное целое. Внутри него имеется множество отчасти автономных механизмов, каждый из которых активируется перемещением электрического тока вдоль одетых в миелиновую оболочку нервных волокон. Теперь я должен подчеркнуть, что помимо прочих в мозге существует особый механизм, и именно его активность делает возможным существование мышления и сознания.

Возможно ли обсуждать этот механизм понятным языком, если я, отбросив в сторону специальные термины и фразы, стану говорить языком не специалиста, а просто образованного человека? Осмелюсь напомнить, что Бенджамин Франклин, основатель Американского философского общества, испытывая вполне понятное волнение, объяснял первым членам этого общества, как электричество перетекает по влажному канату к воздушному змею. Я бы хотел оказаться на их месте. Вероятно, я бы понял природу этого в высшей степени важного чуда, называемого электричеством. Мне кажется, он похож на разум в том смысле, что никто не может приписать разуму какое-либо пространство во Вселенной, однако легко заметить, что он совершает и где[6 - Ханс Бергер, изобретатель электроэнцефалографа, надеясь (напрасно) зафиксировать активность разума с помощью электричества, возможно, подразумевал это сходство.].

Глава 3

Нейронная активность в мозге

Определения обычно хороши в начале очерка – хотя в данном случае сам текст, несомненно, покажет, что они не соответствуют объекту. Разум (или дух) – это, если процитировать словарь Уэбстера, «элемент <…> в человеке, который чувствует, воспринимает, мыслит, желает и особым образом рассуждает».

Мозг – чрезвычайно сложный, «управляющий» орган в теле человеке, который делает возможным мышление и сознание. В своей интегративной и координационной деятельности он во многих отношениях напоминает компьютер. Каждый мозговой механизм представляет собой функциональную единицу, играющую в определенном отношении специализированную роль в тотальной интегративной функции мозга.

Каждая нервная клетка, или нейрон, способна развивать собственный электрический заряд. У каждой клетки среди многих прочих отростков имеется один, который называется аксоном. Аксоны несут токи нейронных импульсов вовне, от собственной клетки к другим клеткам. Приходящие импульсы стимулируют каждую целевую клетку генерировать новые импульсы, или же они, проверив активность целевой клетки, тормозят ее активность.

Тела нейронов способны сосредотачиваться в одном месте, формируя острова, или покров серого вещества. Разветвляющиеся проводники, осуществляющие соединительную функцию, образуют белое вещество. Вся эта система, можно сказать, вибрирует благодаря энергии, которая в норме находится под жестким контролем, как в большом симфоническом оркестре, пока миллионы посланий переносятся вперед и назад в направлении такого множества функциональных целей.

Однако в тех случаях, когда внутри мозга проявляется какое-либо отклонение и становится хроническим фактором, раздражающим серое вещество, оно формирует фокус раздражения и может вызвать повторный аномальный взрыв энергии, вовлекающий в себя одновременно множество клеток подобно молнии из миниатюрной грозовой тучи. Каждый раз, когда это происходит, у некоторых несчастных происходит эпилептический припадок. Приступ различается по внешним характеристикам в соответствии с функцией серого вещества, в котором произошел разряд. Если это происходит в клетках серого вещества, формирующего часть одной из сенсорных цепей, следует какое-либо ощущение. Если же это происходит в клетках моторной системы, следует какое-нибудь движение. Эпилепсия, означающая склонность к таким припадкам, стара, как история человечества. На самом деле она, вероятнее всего, значительно старше, так как ей подвержены и животные, значительно более примитивные, чем человек.

В 1934 году Неврологический институт в Монреале открыл свои двери, и мы наконец-то получили в свое распоряжение помещения и средства для изучения человеческого мозга, а также для оказания помощи недееспособным. Я учился оперировать эпилептических пациентов, каких изучал некогда и у которых учился сам Гиппократ. В некоторых случаях нам удавалось удалить измененную часть мозга, в которой начинался процесс разряда, вызывающий эпилепсию.

Наша цель, конечно же, всегда заключалась в том, чтобы лечить больных. А пациент, остававшийся в сознании и сохранявший бдительность на протяжении всей долгой операции, которая проводилась в надежде на излечение, направлял руку хирурга. Более того – пациент учил нас многому в процессе операции[7 - Эти операции должны были проводиться с осторожностью, с учетом разумного шанса на излечение и только тогда, когда поверхность одного полушария мозга была вскрыта на достаточной площади, чтобы была возможность осторожного изучения его и определения возможности разреза. Если пациент мог оставаться в сознании на протяжении всей процедуры, опасность для жизни увеличивалась, но шансы понять проблемы каждого пациента становились выше. Поэтому в череп локально вводили анальгетик, чтобы снизить болевые ощущения, но никаких седативных или анестетиков не применялось. Для успеха операции, а также из соображений гуманизма хирургу было важно объяснить пациенту каждый шаг, уделяя время для разговора до и в течение операции. Врач должен был стать фактически другом пациента.].

Поскольку слабый электрический ток, внедряясь в активность извилины мозга пациента, иногда вызывает непроизвольное проявление ее функции, стимулирующий электрод может быть использован для картирования коры и идентификации роли этой извилины с учетом того, как пациент описывает свои ощущения и мысли. Также электрод, если использовать его в разумных пределах, может иногда воспроизвести начало эпилептического припадка у пациента и таким образом раскрыть место расположения источника возбуждения мозга. Разговаривая с пациентом и каждый раз прислушиваясь к тому, что ему пришло в голову, когда к коре его мозга прилагали электрод, мы всегда узнавали что-то новое. В случаях, когда мы удаляли извилину в качестве меры избавления от припадков, мы получали знание о функции мозга, как только становилось ясной суть того, чего пациент лишился после операции.

Результаты наблюдений, которые будут представлены в следующих обсуждениях (главы 4–9), время от времени публиковались благодаря помощи талантливых ассистентов Монреальского неврологического института, не все имена которых присутствуют в Библиографии.

Глава 4

Взаимодействие сенсорной и произвольной моторных функций

А теперь посмотрим на краткое описание сенсорных и двигательных механизмов и некоторые врожденные рефлексы, которые играют большую роль в интегративной активности мозга человека и других млекопитающих. Надеюсь, это послужит подготовкой для одних читателей и повтором или обзором для других перед тем, как я перейду к обсуждению механизмов мозга, теснее связанных с активностью разума и мышления.

Стволовая часть мозга и спинной мозг обеспечивают человека врожденными рефлексами, так же, как это происходит и у других млекопитающих. Они регулируют такие сферы, как мышечный тонус, поддержание осанки, биомеханику локомоции (передвижения), температурный контроль и ритм сна, дыхания и откашливания (см. рис. 1). Полушария мозга образуют телэнцефалон, или конечный мозг, или новый мозг, который вырастает из диэнцефалона, или промежуточного мозга, называемого высшим отделом стволовой части мозга, или старым мозгом. Полушария мозга разрастаются пропорционально от низших позвоночных до человека, достигая на этом уровне своего максимума. Потоки нервных импульсов, переносящих, к примеру, болевые ощущения, двигаются внутрь и вверх через спинной мозг и нижние отделы ствола мозга к ядрам серого вещества в диэнцефалоне. Это конечный пункт болевых ощущений в сером веществе головного мозга. Болевые ощущения отличаются от других ощущений, поскольку они не делают крюк, а идут мимо коры головного мозга. Между тем другие пучки нервных волокон, несущих чувствительные импульсы, которые будут конвертированы в селективные ощущения, делают этот важный заход. Эти потоки обеспечивают информацию для оценки тактильных ощущений, позиции, зрительных, слуховых, вкусовых ощущений и запахов. Каждый такой поток приходит сначала к клеткам серого вещества в высших отделах стволовой части головного мозга, где приостанавливается, а затем (за возможным исключением ощущений запаха) продолжает свой путь в «крюке», направляясь к своей второй остановке в сером веществе полушарий головного мозга. Отсюда они возвращаются прямо к клеточным ядрам-мишеням в пределах серого вещества высших отделов ствола головного мозга.

Рис. 1. Некоторые механизмы головного мозга.

Кора левого полушария головного мозга человека заштрихована черным цветом, ствол мозга и спинной мозг показаны схематично на фоне полушарий. Основные направления потоков электрических потенциалов из отдельных частей серого коркового вещества указаны стрелками в пределах конкретных механизмов мозга, а именно: двигательные (моторные) – от высших отделов стволовой части мозга к моторной коре и далее вниз к двигательным клеткам в нижних отделах ствола мозга или спинного мозга, вызывая произвольные движения; соматические сенсорные (чувствительные) – от глаз, ушей, тела и конечностей вверх к высшим отделам стволовой части мозга, затем делают крюк, после чего идут к соматической сенсорной извилине и обратно к высшим отделам ствола головного мозга; зрительные сенсорные – от сетчатой оболочки глаза через ствол мозга (зрительный бугор) к сенсорной зрительной извилине коры головного мозга и обратно к стволу мозга; слуховая – от внутреннего уха через ствол мозга (медиальное коленчатое тело) к слуховой извилине Гешля и обратно к высшим отделам ствола мозга; речевая – от высших отделов ствола мозга к речевой коре и снова обратно; префронтальная – от высших отделов ствола мозга к префронтальной коре и обратно; интерпретативная – стрела пока указывает только на одну часть цепи, в дальнейшем предстоит показать ее полностью. Эта часть, как было доказано с помощью электрической стимуляции интерпретативной коры, активизирует серое вещество, очевидно, расположенное в высших отделах стволовой части мозга. Результатом этого является мыслительный «возврат» к опыту прошлого.

В целом кора полушарий головного мозга, по-видимому, играет определенную роль в выработке функции каждого механизма. Структуры высших отделов ствола мозга инициируют активность в механизмах или получают потоки электрических потенциалов для дальнейшей интегративной активности.

Слуховая кора в мозге человека (извилина Гешля, участки, прилегающие к Сильвиевой борозде, как это показано на рис. 1 и 8) предназначена для обработки слуховых сигналов. Поток нейрональной информации, поступающей от уха, достигает высших отделов ствола мозга и, сделав крюк, направляется к извилине Гешля. После перехода от одной клетки к другой в пределах серого вещества этой извилины он возвращается обратно в высшие отделы стволовой части мозга. Аналогичная картина характерна и в отношении сенсорной зрительной коры, как это видно на рис. 1. Она представляет собой «пересадочную» станцию для сигналов, идущих от глаз к высшим отделам ствола мозга.