Мозг и сознание - [27]

Кажущаяся простота и постоянство мышечного сокращения могут привести к ошибочным выводам, так как на самом деле сократимость — это невероятно сложное явление, в котором участвуют: деполяризация покоящейся мембраны; изменение ее проницаемости; чрезвычайно быстрый обмен калия, натрия и других ионов; возникновение электрических полей; изменение ориентации белковых молекул в мышечном волокне, сопровождающееся укорочением полипептидных цепей; разложение и синтез аденозинтрифосфата; обмен фосфорных кислот; разложение гексозофосфата на молочную кислоту, а также множество других биохимических реакций, которые следуют в мышечном волокне друг за другом по генетически предопределенному плану, независимо от природы вызвавшего их агента. Механизмы сокращения и расслабления мышечного волокна заложены в биологической структуре его клеток. Электрический ток, как и сама нервная система, только запускает все эти процессы. Этот принцип имеет фундаментальное значение для понимания управления биологическими функциями при помощи электричества. Организм слагается из множества последовательностей биологических процессов; некоторые из них наследуются, а другие приобретаются с опытом. Раз начавшись, какая-либо цепная реакция идет по присущему ей плану, который может изменить либо система обратной связи, либо новое раздражение. В некоторых случаях раздражитель может быть неспецифичным; так, например, сокращение мышцы можно вызвать механическим, термическим, осмотическим, химическим, электрическим или нервным раздражением. При исследовании мозга, как и при исследовании мышцы, лучше всего пользоваться электрическим током, так как он не повреждает клетки и позволяет многократно исследовать один и тот же биологический процесс. С помощью электрического тока мы можем активировать заложенные в структуре функциональные механизмы и выяснить их возможную роль в спонтанном поведении. Посредством ЭРМ (электрического раздражения мозга) можно управлять разнообразными функциями — движением, секрецией желез — или специфическими психическими процессами, в зависимости от целей исследования. В следующих главах мы рассмотрим методы проведения экспериментов и некоторые из полученных результатов.

Методы установления непосредственного контакта с мозгом

До глубинных структур центральной нервной системы можно легко добраться через естественные входы — органы чувств. Например, световое раздражение быстро проходит от сетчатки глаза по зрительным проводящим путям к зрительным областям коры, расположенным в затылочной доле. Возможно ли исследовать активность определенных кортикальных нейронов во время процесса символического восприятия? Можно ли вызвать аналогичные ощущения при прямом раздражении соответствующих нейронов? Можем ли мы воздействовать на сознание индивидуума, минуя обычный сенсорный путь? Можно ли научиться искусственно управлять функциями мозга? Эти и подобные им вопросы привлекали внимание многих исследователей, но мозг хорошо защищен оболочками, спинномозговой жидкостыо, костями черепа и наружными покровами головы — тем мощным щитом, который долгое время скрывал тайны психических функций от любознательности ученых.

Вживление (имплантация) электродов в мозг животных

Начиная с прошлого столетия многие ученые исследовали мозг сначала у животных, а с недавнего времени и у больных людей в целях диагностики и лечения. При этом приходилось производить трепанацию черепа, а поскольку эта операция весьма болезненна, то прибегали к анестезии. Наркоз снимал боль, но одновременно подавлял некоторые из наиболее важных функций нервной системы. Вполне естественно, что эмоции, сознание и спонтанная поведенческая деятельность в состоянии глубокого наркоза исчезали, и потому многие годы специалисты изучали спящих пациентов, а деятельность бодрствующего мозга во всей своей сложности совершенно ускользала из их поля зрения. Учебники по физиологии мозга были посвящены описанию проводящих путей, синапсов, рефлексов, поз и движений; считалось, что изучение психических функций и поведения к физиологии не относится.

Качественный скачок в методологии, который позволил приступить к изучению мозга животных в состоянии нормальной активности, произошел в 30-х годах нашего века, когда Гесс [106] разработал метод вживления очень тонких проволочных электродов в мозг кошек, находящихся под наркозом. После того как действие наркоза кончается, можно производить электрическое раздражение мозга этих свободно передвигающихся здоровых животных, присоединив к вживленным электродам длинные провода. В начале пятидесятых годов техника имплантации была усовершенствована [47, 49]; удалось уменьшить размеры электродов при одновременном увеличении числа контактов электрода с мозгом, а также соблюдать асептику при вживлении. Благодаря применению микроманипуляторов и совершенной системы анатомических координат стало возможно вводить электроды точно в заранее выбранные участки мозга, что позволило вживлять электроды в одни и те же структуры мозга у разных подопытных животных. Использование биологически инертных материалов, таких, как золото, платина или нержавеющая сталь с тефлоновой изоляцией, дает возможность оставлять электроды в мозгу в течение сколь угодно долгого времени. На фиг. 1 представлено схематическое изображение семиконтактного электрода, вживленного в мозг, а на фиг. 2 — рентгенограмма черепа обезьяны после имплантации. Через маленькое трепанационное отверстие электрод вводят в мозг на нужную глубину и фиксируют к краям костного отверстия зубоврачебным цементом (фиг. 1, Л); затем верхнюю часть электрода сгибают над поверхностью кости и снова фиксируют к ней на небольшом расстоянии от трепанационного отверстия, а концевую клемму укрепляют на коже головы (фиг. 1, Б). Каждое отверстие клеммы соответствует определенной точке в глубине мозга; для того чтобы добраться до этой точки, достаточно подключить источник тока, что так же просто сделать, как включить вилку любого электрического прибора в розетку. Этой методикой пользовались для электрического раздражения мозга у тысяч животных во многих лабораториях мира, и уже накоплен большой опыт, показавший ее эффективность, точность и безопасность; таким образом, предсказания скептиков о том, что введение металла в мозг будет технически трудной, опасной для подопытного животного манипуляцией и резко нарушит нормальные функции мозга, не оправдались.