Мозг зомби - Тимоти Верстинен

Сообщают, что другой слепой молодой человек способен играть в видеоигры, ориентируясь только на звук. Это Терри Гаррет, потерявший зрение в десять лет. В интервью Wired Гаррет говорил, что «складывает звуки вместе и уровни игры разворачиваются перед его мысленным взором».

Как такое возможно? Как человек создает ментальную карту места, не видя его? Есть предположение, что у слепого человека не использующиеся зрительные зоны мозга меняются так, чтобы они перерабатывали информацию от других органов чувств. Как мы покажем в следующих главах, очень большая часть мозга имеет отношение к переработке визуальной информации. Больше всего серого вещества отведено зрению, чем какому-либо другому чувству. Поэтому разумно предположить, что мозг не хочет упускать столь объемную область применения собственных возможностей, если теряется система ввода (то есть зрение).

В серии исследований, опубликованных в 90-х гг. XX века, было показано, что, когда слепые люди читают по Брайлю, тактильной системе письма, они используют зрительные зоны мозга. Например, в 1996 г. ученые из Национального института здоровья (НИЗ) под руководством Норихиро Садато измерили изменения притока крови к разным областям мозга с помощью технологии, которая называется «позитронная эмиссионная томография» (ПЭТ), пока слепые люди читали кончиками пальцев буквы по Брайлю. ПЭТ – это косвенный способ увидеть активность мозга, измеряя изменения в притоке крови, который происходит, когда нейроны много работают и им требуется больше кислорода и сахара. Садато и коллеги обнаружили, что, когда слепые люди читали буквы по Брайлю, больший приток крови наблюдался в первичной зрительной коре. Эта активность зрительной коры отсутствовала, когда слепым давались случайные текстуры, а не Брайль.

Конечно, как мы упоминали ранее, исследования функциональной визуализации мозга преимущественно корреляционны по своему дизайну. Садато и коллеги могли только показать, что, когда слепые люди читали по Брайлю, это сопровождалось активностью в зрительных зонах мозга, но это не обязательно означает, что слепым необходима для чтения зрительная кора. Годом позже Леонардо Коэн (который также работал в НИЗ) и его команда проверили связь между первичной зрительной корой и чтением слепых по Брайлю, временно выключив саму первичную зрительную кору. Чтобы сделать это, Коэн и коллеги применили безопасную форму стимуляции мозга, которая называется «транскраниальная магнитная стимуляция» (ТМС). ТМС действует, используя быстро меняющиеся магнитные поля, чтобы прервать активность мозга. Если вы когда-нибудь двигали магнит туда-сюда над гвоздем, вы могли обнаружить, что в гвозде образуется электрический ток (конечно, вам требовался вольтметр, чтобы «увидеть» ток). По сути, именно так работает ТМС. Стимулируя небольшую зону мозга магнитными полями, ТМС может на короткое время выключить лежащие в ней нейроны и позволить ученым увидеть, что происходит с поведением, когда не работает этот участок коры. В принципе, можете думать об этом как о форме локального опьянения мозга. Использовав ТМС, Коэн и коллеги обнаружили, что после стимуляции первичной зрительной коры чувствительность тактильного восприятия была снижена, но только у слепых людей – этот эффект не наблюдался у зрячей контрольной группы. Таким образом, с помощью ТМС Коэн и его команда смогли показать причинную связь между зрительным и тактильным участками коры головного мозга у слепых.

Все вместе эти исследования чтения по Брайлю у слепых – примеры потрясающей адаптивности, или пластичности, человеческого мозга. Зоны мозга, которые обычно вовлечены в один процесс (например, зрение), вовлекаются в состав другого, более важного процесса (например, прикосновения), если их больше не используют по прямому назначению.

Пока эти примеры предполагают, что чувство прикосновения может обосноваться в зрительной коре слепых. Есть ли свидетельства, что звуки тоже могут считываться зрительной корой? Если да, есть ли данные, что такая перестройка применяется для человеческой эхолокации, как у летучих мышей?

Короткий и удивительный ответ – да!

Оказывается, небольшой процент слепых людей может использовать эхолокацию. Так же как мистер Андервуд, о котором мы говорили ранее, люди-«эхолокаторы» издают щелкающие звуки языком и слушают эхо. Внимательно слушая, как оно звучит, «эхолокаторы» могут определить, где именно находятся предметы, положение которых надо определить. Они даже используют эту способность, чтобы передвигаться по дому и на улице. Это нужная способность, она пригодится вам, если вы ослепнете в зомби-апокалипсисе.

Несколько лет назад группа исследователей под руководством нейроученого Мелвина Гудейла провела несколько экспериментов, чтобы узнать, насколько точно два слепых «эхолокатора» могли определять местоположение предметов в окружении (Thaler et al., 2011). Эксперименты были простыми, но хитроумными. Гудейл и коллеги помещали объект, например куб или строительный шлем, в пустую звукоизолированную комнату. Каждому участнику эксперимента говорили встать справа или слева от предмета. В некоторых случаях объект помещали чуть левее или правее, а иногда сильно в сторону.

Меняя угол отклонения объекта (то есть насколько левее или правее он расположен), ученые оценивали точность и чувствительность способности локализации у двух слепых «эхолокаторов». Если бы испытуемые просто угадывали расположение объекта, удача ждала бы их в 50 % случаев, не более. Если, однако, эти люди вправду могли определять положение по звуку, они были бы точны в примерно 100 % случаев отдаленного расположения предмета и достигали бы 50 %, когда объект был расположен почти возле них.

Оказывается, эти два человека действительно были весьма хороши в использовании щелкающих звуков для локализации объектов. Они были не только успешны в определении места лежащего предмета, но могли обнаружить и его передвижение. Если экспериментаторы двигали предмет, пока «эхолокаторы» щелкали, они могли сказать, вправо или влево его перемещают. Так же как летучие мыши (или Сорвиголова), эти люди научились использовать звук для определения положения объектов в среде. Но эти поведенческие исследования не означают, что они перекроили свой мозг, чтобы осуществлять эхолокацию.

Чтобы увидеть, действительно ли «эхолокаторы» изменили свой мозг, Гудейл и его коллеги Лор Тэйлер и Стивен Арнот продлили эксперимент. Когда «эхолокаторы» выполняли задание, они записывали звуки, которые слышали слепые, поместив маленькие микрофоны в каждое ухо. Чтобы узнать, что происходило в мозге, когда человек осуществлял эхолокацию, исследователи проигрывали эти звуки испытуемому, пока он лежал в приборе фМРТ, чтобы измерить изменения в обогащении крови кислородом вследствие повышенной нейронной активности. Пока слепые «эхолокаторы» слушали эти щелчки и возвращенное эхо от объектов, зрительные области в их мозге демонстрировали ответ на звуки.

Их зрительная кора не только отвечала на звуки. Ее ответ совпадал с «визуализацией» участников, или их мысленным видением объектов в пространстве. Это значит, что правая зрительная кора была более активна, когда «слушала» записи эхо от объектов с левой стороны, чем при записи эхо от объектов с правой стороны, и наоборот: тот же паттерн ответов зрительной коры, что и у зрячих людей.

Но вот что важно: этот звуковой ответ в зрительных областях мозга не был найден у людей, которые не обладали способностью к эхолокации.

Этот результат Гудейла и его коллег говорит нам, что в результате тренировок «эхолокаторы» обрели особую способность использовать звук, чтобы ориентироваться в пространстве. Если вас или меня поместить в сканер МРТ и дать послушать щелчки и эхо, наша зрительная кора, скорее всего, не покажет значимого ответа на звуки. Хотя следует заметить, что указанные индивиды не были слепы от рождения: один потерял зрение на тринадцатом месяце жизни, а другой – когда был подростком. Это означает, что люди могут даже при относительно слабой чувствительности слуха обретать способность использовать эхолокацию, как и наши летающие млекопитающие собратья (или, опять-таки, как Сорвиголова!). Только летучие мыши умеют использовать эхолокацию с рождения, а нам, людям, требуются годы тренировок.

Итак, если некоторые люди могут использовать слабое эхо, чтобы «видеть» объекты в окружении, насколько чувствителен человеческий слух изначально? Чтобы ответить на этот вопрос, мы вернемся к работе доктора Галамбоса. Помимо описания, как летучие мыши выполняют эхолокацию, Галамбос также разработал простой, основанный на физиологии слуховой тест, который нельзя обмануть. Он придумал его, когда работал по контракту с военными США, чтобы точно проверять слуховые способности солдат. Тест использует электроэнцефалографию (ЭЭГ), чтобы определить электрическую активность нейронов, которые передают информацию в первичную слуховую кору из разных участков ствола мозга. ЭЭГ – это простой визуализирующий мозг инструмент, который с помощью набора электродов на коже головы записывает малую электрическую активность, возникающую, когда выстреливают нейроны.