Ученые считают, что в природе, от атома до Галактики, нет более сложного объекта, чем человеческий мозг. Сто миллиардов взаимодействующих друг с другом нервных клеток, каждую из которых обслуживает тысяча изящных, еще более миниатюрных устройств - синапсов, действующих как электрохимические передатчики сигналов в нейрон. И все это невообразимое количество клеток в конечном итоге вырабатывает мысль или чувство. Как мозг это делает? От сложности этого вопроса можно прийти в растерянность. Некоторые философы вообще ставят под сомнение принципиальную возможность познания человеческого мозга с помощью того же мозга...
- Работа мозга при решении сложной задачи - это как вспышка фейерверка, - считает, директор Института мозга человека РАН Святослав Медведев. - Cначала - мириады разноцветных огней, которые начинают гаснуть, но вдруг вспыхивают еще ярче, разгораются, поблескивая и перемигиваясь друг с другом. Какие-то области остаются темными, другие переливаются всеми цветами радуги, охватывая новые и новые пространства... Потом снова все гаснет, кроме одного, быть может, заблудившегося огонька...
Еще не так давно считалось, что мозг поделен на четко разграниченные участки, каждый из которых "отвечает" за свое назначение. Вот эта зона управляет сгибанием мизинца, а эта - обеспечивает любовь к родителям. Со временем стало ясно, что все гораздо сложнее: нейроны внутри разных зон взаимодействуют между собой весьма запутанными путями и нельзя "привязать" какую-либо сложную функцию мозга к четко очерченной области. По ходу разрешения сложной проблемы в мозге возникают, распадаются и вновь образуются структурные ансамбли различного масштаба, охватывающие удаленные друг от друга области. При выполнении других задач мозг можно сравнить с баскетбольной командой, в которой игроки - ансамбли нейронов - имеют строгую функциональную специализацию: эти - нападающие, а те - защитники. Однако по ходу игры и даже в зависимости от текущего счета матча специализация игроков-нейронов может меняться. Некоторые из них могут быть одновременно отправлены на скамейку запасных и заменены другими, чтобы после отдыха снова занять свое место в команде.
Кто же управляет столь сложным механизмом? Есть ли тренер у этой суперкоманды? Может, это делает в соответствии со средневековыми представлениями маленькое существо - гомункулус? Где расположен "центр управления мозгом"?
Современные нейрофизиологи вполне определенно могут ответить на эти вопросы. Нет существа или конкретной мозговой структуры, утверждает директор Института мозга человека РАН Святослав Медведев, которые были бы ответственны за управление механизмами прямо-таки космической сложности. А вот некоторое подобие центра управления "мозговыми полетами" найти можно. Это генетический аппарат человека. Именно на уровне генов заложены основные управленческие механизмы мозга.
Все ли реалии смогла заранее предусмотреть природа? Наверное, нет. Взять, к примеру, радиацию. Этот природный фактор совершенно не отражен в генетическом аппарате человека, и поэтому у мозга отсутствуют как каналы восприятия, регистрации радиации, так и защитные реакции на нее. Но мозг способен учиться...
Почему на изломе тысячелетий столь существенно изменился взгляд на работу мозга? Это связано прежде всего с изменением методов исследований, с применением самых современных приборов и оборудования. Святослав Медведев не понаслышке знает об истории нейрофизиологии. Он - непосредственный инициатор и "производитель" этих изменений. Как было полтора столетия назад, на заре изучения мозга? Ученый был вооружен психологическими тестами и клиническими наблюдениями: если данный участок поврежден, то нарушена и связанная с ним мозговая функция, например речевая. Так пришло первое понимание принципов функционирования мозга. И успехи на этом пути связаны с именами И.Сеченова, В.Бехтерева, И.Павлова...
С 30-х годов XX века все исследователи используют метод регистрации электрических потенциалов с электродов, закрепленных на черепе. Но все это были, как сказал бы философ, методы изучения "черного ящика", когда внутреннее строение и детали функционирования объекта - ящика - нам неизвестны. О его работе мы можем судить, сравнивая параметры или сигналы на входе и выходе объекта. Говоря по-иному, это были попытки разобраться в работе телевизора по гудению ламп и трансформаторов, по распределению температур на электрических платах или футляре, а то и более радикальным способом: давайте поочередно выводить из строя блоки телевизора и наблюдать, что из этого получится! Следует признать, что ученые на протяжении многих десятилетий вели себя по отношению к мозгу словно слоны в посудной лавке - неуклюже.
Первый реальный прорыв в изучении функционирования мозга сделан в 60-е годы после изобретения многоконтактных микроэлектродов. Исследователь впервые получил непосредственный доступ к живому мозгу. В СССР этот метод первой стала использовать академик Н.Бехтерева. Тогда же ученые пришли к пониманию процессов работы отдельного нейрона и обмена информацией между ними.
90-е годы международным научным сообществом были объявлены десятилетием изучения мозга. Не отстала в этом всеобщем порыве и Россия: в 1990 году в Санкт-Петербурге был создан Институт мозга человека.
Основной научной задачей института является исследование высших функций мозга: внимания, памяти, речи, эмоций, мышления, творчества.
Взять хотя бы творчество, то есть такую деятельность мозга, когда он функционирует без заранее составленной программы. Вот некоторые примеры заданий, которые использовались в реальных экспериментах. Если испытуемому предъявить слова: "Я, вечер, выходить, сад, дышать, свежий, воздух" - и попросить составить из них рассказ, то его содержание очевидно и элементы творчества здесь не проявляются. А если нужно связать в историю другой набор слов: "Я, вечер, экзистенциализм, электрон, утка, радар, балет, кабан"? На этом пути удалось обнаружить зарождение и активацию конкретных мозговых структур, или, как говорят ученые, корреляты, обеспечивающие творческую деятельность. Причем одновременно и в электроэнцефалограммах, и на позитронно-эмиссионном томографе. С помощью этого уникального прибора группе исследователей под руководством С.Медведева удалось также определить, какие области мозга "отвечают" за синтаксис, орфографию, смысл написанного или сказанного в разговоре.
Для любого человека чрезвычайно важна проблема внимания. В лаборатории Юрия Кропотова изучают детей с расстройством функции внимания. Этим синдромом обычно страдают трудные дети, чаще мальчики, которые не могут сосредоточиться на уроке, часто отвлекаются, отличаются раздражительностью и импульсивностью, плохо учатся. Очень часто именно люди с дефицитом внимания впоследствии становятся алкоголиками, наркоманами и правонарушителями. На Западе таких детей лечат сильными психостимуляторами, дающими отрицательные побочные эффекты. Достаточно сказать, что механизм действия самого распространенного препарата - риталина - сходен с действием кокаина. Медикам приходится лечить детей кокаиноподобными препаратами, поэтому в мире и в шутку и всерьез говорят о двух наркомафиях: колумбийской и американской фармацевтической! В Институте мозга несколько лет назад попытались найти альтернативные способы лечения - и это удалось!
Основываясь на результатах собственных исследований, институт предлагает широкий спектр лечебных воздействий на мозг: от диагноза сложных заболеваний и помощи по адаптации человека к стрессу до нейрохирургического вмешательства.
Известно, что внешняя стимуляция мозга может приводить к отрицательным последствиям. Специально подобранные по амплитуде и частоте следования электромагнитные или звуковые импульсы, световые вспышки могут вызвать у любого человека изменение состояния сознания вплоть до судорожных припадков. Нечто подобное может происходить на дискотеках при смелых экспериментах со звуком и светом. Существует, правда, удивительный способ противодействия такой опасности. При мигающем свете закройте один глаз - нежелательного возбуждения мозга не произойдет.
Одним из недостатков хирургического вмешательства в мозг является серьезное травматическое последствие. Как хирургу с помощью скальпеля добраться до пораженного участка, находящегося в глубине мозга? Иногда последствия от проникновения в мозг могут превысить ущерб от самой болезни. Эту проблему разрешает стереотаксический метод, сочетающий щадящий, прицельный доступ к глубоким структурам и дозированное на них воздействие. Сущность этой модели нейрохирургии будущего, как считает Медведев, заключается в следующем: определение мозговой структуры - а это может быть небольшая группа клеток, - являющейся очагом болезни, на которую необходимо воздействовать каким-либо методом: заморозить, удалить или применить электростимулирование для "перевоспитания" нейронов. Затем через небольшое, около сантиметра, отверстие в черепе вводится тонкий, около 2 миллиметров в диаметре, зонд, который не прокалывает, а чаще всего раздвигает ткани мозга с минимальным повреждением клеток. При этом необходимо исключительно точно попасть в структуру-мишень, а она может быть размером всего ничего - миллиметр-два в поперечнике. Как определить местоположение большой группы "неправильно" работающих клеток, ответственных за болезнь? Здесь в ход идет все, что накоплено наукой о мозге. От самых современных томографов, способных заглянуть в глубь мозга, до клинических наблюдений за больным и опыта и интуиции хирурга-стереотаксиста. Это - высший пилотаж нейрохирургии, и такие специалисты во всем мире известны практически поименно.
