Ближе к воде - [13]

Как я говорил ранее, нейробиология изучает невероятно большое количество моделей человеческого поведения и эмоций практически в любых условиях и обстоятельствах, но взаимодействие с водой по какой-то причине до сих пор не удостаивалось ее внимания. (Попробуйте-ка просмотреть в ближайшем книжном магазине или библиотеке предлагаемые научно-популярные книги по нейробиологии, психологии или саморазвитию. Как вы думаете, во многих ли из них рассказывается о воде?) Итак, эту главу мы начнем с обсуждения некоторых важных особенностей головного мозга человека. Но прежде предлагаю поговорить об основополагающих принципах изучения мозга.

Как мы изучаем мозг

Все наши действия и мысли, когда-либо возникавшие в голове, есть результат работы человеческого мозга. Но как именно он работает, остается одной из самых больших неразгаданных тайн; и создается впечатление, что чем глубже мы проникаем в секреты мозга, тем больше сюрпризов получаем.

Нил де Грасс Тайсон, астрофизик

Людей всегда интересовало, что происходит в их головах. В конце XIX — начале XX века некоторые психологи, в частности Зигмунд Фрейд и Уильям Джеймс, описывали, что думает и чувствует человек, основываясь на субъективных переживаниях пациентов, а также клинических наблюдениях за поведением людей. (Самоотчеты[15] и сегодня играют важнейшую роль в изучении работы человеческого мозга.) Врачебная практика тоже всегда была богатым источником информации. До начала XX века почти все известные людям факты о деятельности мозга выявлялись благодаря изучению процессов, происходящих в нем вследствие болезни или травмы. Но одно дело — предполагать, как функционирует мозг в нормальном состоянии, наблюдая за больным человеком, и совсем другое — понимать, как работает мозг здорового человека во время обычных занятий, когда он думает, спит, переживает, творит или вообще любым образом взаимодействует с внешним миром.

Благодаря разработке неинвазивных методов исследования[16] и новой сложнейшей аппаратуры современные ученые получили возможность изучать работу человеческого мозга здорового человека. Самым первым из таких устройств был электроэнцефалограф, или аппарат ЭЭГ. Его действие основывается на том, что ткань живого организма обладает определенными электрическими свойствами, которые можно измерить. Впервые аппарат ЭЭГ испытали на человеке в 1924 году, и на протяжении XX века он использовался как в качестве диагностического инструмента, так и для научных исследований.

Возбуждаясь, нейроны генерируют небольшие электрические заряды, а при одновременной активизации группы нейронов создается своего рода электрическая волна, которую можно обнаружить и записать. Данные собираются путем наложения электродов ЭЭГ (обычно они встроены в специальную шапочку, сетку или повязку) на голову испытуемого и записи пиков и спадов биоэлектрической активности его мозга. (Для удобства анализа сигнал искусственно усиливается.) ЭЭГ позволяет отслеживать и расположение мозговой активности, так как определяет, какая именно зона мозга участвует в «когнитивном событии». ЭЭГ определяет тип мозговых волн (альфа, бета, тета и дельта) — каждая из них соответствует своему диапазону частот и определенному уровню активности, что делает ЭЭГ чрезвычайно важным инструментом для исследований мозга в состоянии сна, — а также аномальную активность (например, при приступах эпилепсии, когда в мозге наблюдаются резкие всплески электрической активности). Новейшие аппараты ЭЭГ позволяют получать данные по шестидесяти восьми каналам неинвазивным методом каждые четыре миллисекунды и даже чаще и регистрировать изменения электрических волн буквально по миллисекундам [4].

Когнитивные нейробиологи считают, что ЭЭГ представляет собой чрезвычайно полезный инструмент для изучения таких функций мозга, как внимание, эмоциональные реакции, хранение информации и прочие [5]. И, что особенно важно для тех, кто проводит исследования за пределами лабораторий, современные аппараты ЭЭГ становятся все компактнее и портативнее. Некоторые даже напоминают головную гарнитуру, используемую любителями компьютерных игр.

Правда, показания ЭЭГ отображают электрическую активность только на поверхностно расположенных участках мозга, а многие его важнейшие функции осуществляются в более глубоких структурах. Для их изучения нужна другая аппаратура. В последние пятьдесят лет для визуализации активности в глубинных участках головного мозга и отслеживания изменения кровотока или процессов метаболизма применяются такие технологии, как МРТ (старая добрая магнитно-резонансная томография), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) [6]. Но если работа аппарата МРТ основывается исключительно на магнитных полях и радиоволнах, то в сканерах ПЭТ и ОФЭКТ используются инъекции радиоактивных изотопов, что серьезно ограничивает их практическое применение. Ситуацию существенно улучшило появление в 1990-х годах метода функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).

Принцип действия аппаратов фМРТ основывается на взаимодействии магнитного поля и радиоволн. Под воздействием магнитного поля протоны в атомах водорода в крови выстраиваются параллельно магнитному полю (в обычных условиях они расположены в хаотичном порядке), по окончании воздействия электромагнитного импульса они возвращаются в исходное положение. Во время этих процессов протоны водорода испускают сигналы, которые регистрируются специальными датчиками. Вся собранная информация обрабатывается мощным компьютером, который ищет различия в поступающих сигналах и благодаря этому разграничивает разные типы крови. Дело в том, что в ходе перестраивания протоны посылают разные сигналы от оксигенированной (артериализованной) и диоксигенированной (бедной кислородом) крови — именно эти сигналы и считывают специальные датчики аппарата фМРТ. Когда испытуемый совершает какое-нибудь действие — скажем, сжимает кулак или смотрит на изображение, — в этот момент сканер измеряет соотношение разных типов крови, то есть BOLD-контрастность (blood-oxygenation-level-dependent contrast), зависящую от степени насыщения крови кислородом, в разных участках мозга. Далее встроенный в аппарат компьютер с помощью сложного алгоритма интерпретирует полученные данные и представляет контрастность в виде бесконечно малых трехмерных единиц, которые называются вокселами. Интенсивность активности в конкретной области мозга обозначается разными цветами: красный указывает на наибольшую интенсивность, фиолетовый или черный свидетельствуют о низкой или нулевой активности. Чем ярче цвет на отсканированном изображении, тем выше активность в конкретном участке мозга. Отсюда возник термин «подсвеченный», который употребляют врачи и ученые, говоря о возбужденных зонах мозга.