Прямо сейчас ваш мозг совершает подвиг. Как человек научился читать и превращать слова на бумаге в миры и смыслы - Станислас Деан

безусловно, есть своя польза, помните: все, что мы видим на самом деле, – это пиковые реакции на лица или слова, а не сами нейроны. Пики, систематически обнаруживаемые в одном и том же месте у разных испытуемых, говорят одно, но на заднем плане всегда находятся и другие менее заметные вершины. Не исключено, что они играют не менее важную роль в процессе чтения или распознавания лиц. В конечном счете каждая закодированная визуальная категория представляет собой ландшафт из долин и холмов, который покрывает нижнюю поверхность двух полушарий и свидетельствует о невероятной сложности нашей системы зрения.

Насколько быстро мы читаем

Слова и лица предпочитают не только разные участки коры, но и разные полушария. В распознавании слов доминирующую роль играет левое полушарие, а лиц – правое. Хотя на начальных стадиях оба полушария стимулируются одинаково, через несколько десятков миллисекунд слова перенаправляются влево, а лица – вправо. Такая латерализация является еще одной неизменной и существенной особенностью чтения.

Если бы мы полагались только на ПЭТ и фМРТ, скорость этого процесса сортировки навсегда осталась бы для нас тайной. Оба метода, основанные на измерении кровотока и оксигенации, слишком медленны для визуализации мозговой активности в реальном времени. При активации коры кровоток усиливается только через несколько секунд. Подобно астроному, анализирующему свет, излученный звездами в далеком прошлом, фМРТ позволяет видеть мозговую активность, возникшую несколько секунд назад. Такие задержки сильно ограничивают наблюдения за работой мозга.

К счастью, другие методы визуализации – в том числе электро- и магнитоэнцефалография – позволяют отслеживать активность мозга в реальном времени. Основной принцип можно сформулировать так: активные нейроны генерируют электрические и магнитные импульсы, которые могут быть мгновенно зафиксированы, причем даже на некотором расстоянии от самого нейрона. Благодаря дендритам нейроны собирают скачкообразные изменения напряжения, полученные от тысяч других нервных клеток. Когда множество нейронов, расположенных перпендикулярно поверхности коры, одновременно получают электрические сигналы, суммарного тока оказывается достаточно, чтобы его можно было зафиксировать снаружи черепа. Эти измерения и составляют всем известную электроэнцефалограмму (ЭЭГ).

Впервые метод ЭЭГ для изучения человеческого мозга применил Ганс Бергер в 1924 году. Он заключается в измерении напряжения, создаваемого на поверхности черепа нервными токами. Поскольку этот показатель очень мал и составляет около одной миллионной вольта, требуется чувствительный усилитель. В 1968 году Дэвид Коэн и его коллеги из Массачусетского технологического института разработали другой, более надежный, метод – магнитоэнцефалографию, или МЭГ. МЭГ обнаруживает малейшие изменения в магнитных полях, создаваемых нервными токами. Устройство должно быть особенно чувствительным, так как магнитные сигналы мозга чрезвычайно слабы и составляют порядка нескольких фемтотесл, что в миллиард раз меньше магнитного поля Земли. Хотя это весьма дорогостоящий метод исследования, его пространственная точность, намного превосходящая точность ЭЭГ, делает его бесценным для визуализации мозговой активности в режиме реального времени.

Рис. 2.8. Магнитоэнцефалография – это метод, позволяющий отслеживать мозговую активность миллисекунда за миллисекундой. В течение примерно 100 миллисекунд после появления изображения буквенной цепочки или лица активируются схожие паттерны активности в затылочной области. Спустя 150 миллисекунд слова направляются в «буквенную кассу» в левом полушарии, а лица возбуждают симметричную область в правой части мозга (по материалам статьи Tarkiainen, Cornelissen, & Salmelin, 2002). Адаптировано с разрешения Oxford University Press.

Как ЭЭГ, так и МЭГ обеспечивают отличное временное разрешение: передача электромагнитных сигналов мозга к регистрирующим их датчикам происходит практически мгновенно. В результате можно получить целую серию снимков работающего мозга. Что касается чтения, ЭЭГ и МЭГ позволили измерить необычайную скорость, с которой мозг сортирует зрительные образы. Антти Таркиайнен и его коллеги из Хельсинкского университета использовали МЭГ для измерения магнитной активности мозга испытуемых во время разглядывания лиц и слов (рис. 2.8)[134]. Полученные ими данные свидетельствуют о двух четких стадиях зрительной обработки в коре. На первой стадии, наблюдаемой примерно через 100 миллисекунд после попадания изображения на сетчатку, эти два типа стимулов неотличимы друг от друга: слова и лица активируют одни и те же зоны затылочного полюса. Судя по всему, эти области выполняют первичный анализ и, вероятно, извлекают из входного изображения элементарные линии, кривые и поверхности. На этом этапе мозг не распознает тип стимула, с которым он столкнулся. Спустя 50 миллисекунд запускается процесс сортировки. Теперь слова вызывают интенсивную реакцию в левом полушарии. Для лиц происходит прямо противоположное: магнитный потенциал явно преобладает на правой стороне мозга.

Первые стадии зрительной обработки можно записать и с помощью ЭЭГ. Они представляют собой отрицательное напряжение, которое регистрируется на затылке примерно через 170 миллисекунд. При взгляде на слова его амплитуда гораздо больше в левом полушарии, чем в правом. Компьютерная реконструкция источника этих электромагнитных волн указывает на заднюю часть затылочно-височной извилины. Именно в этом месте мы обнаружили «буквенную кассу» с помощью функциональной МРТ. Таким образом, оба метода нейровизуализации подтверждают наше предположение о том, что эта область играет важную и специфическую роль на первых этапах зрительного распознавания слов. Затем в игру вступают специализированные системы. Предположительно, чтение и распознавание лиц предъявляют к нашей зрительной системе настолько разные требования, что общих алгоритмов обработки изображений в таких случаях недостаточно.

Электроды в мозге

Измерение мозговой активности на внешней поверхности черепа – это прекрасно, но нейробиологи всегда мечтали проникнуть в сам мозг. Возможно ли такое исследование с этической точки зрения? Более инвазивный метод, предполагающий прямой электрический контакт с поверхностью мозга, существует давно и обеспечивает уникальную возможность подробно изучить специализацию системы, отвечающей за чтение. В этом случае электроды помещаются непосредственно на кору или глубоко в ткань головного мозга. Конечно, такой метод можно использовать только с определенными пациентами. Он никогда не применяется без веских клинических показаний и требует информированного согласия больного. Его основная цель – изучение эпилепсии. Некоторые пациенты страдают частыми приступами и не восприимчивы к противосудорожным препаратам. Их единственная надежда на улучшение своего состояния – удаление эпилептического очага (места, где зарождаются приступы). В большинстве случаев хирургическое вмешательство приводит к избавлению от них. Однако перед операцией необходимо точно определить область, подлежащую удалению. Задача состоит в том, чтобы полностью извлечь пораженные ткани, но сохранить примыкающие к ним здоровые участки.

Успешность