Человеческий мозг. От аксона до нейрона. - Айзек Азимов

Так же как в случае с двигательной областью, область сенсорной коры разделена на участки, которые в перевернутом виде воспринимают информацию об ощущениях с различных частей тела. На самом верху сенсорной области расположено представительство ног, следующие органы представлены в следующей последовательности сверху вниз — бедро, туловище, шея, плечо, предплечье, кисть, пальцы. Ниже области, воспринимающей ощущения с пальцев, находится область представительства головы. В самом низу находится представительство языка, которое, среди прочих, обрабатывает ощущение вкуса. (Другие ощущения химических веществ, например обоняние, локализовано в основании лобной доли. У человека эта доля очень мала, в отличие от других позвоночных, у которых она сильно развита.)

Участки сенсорной области, представляющие губы, язык и кисть руки (как и следует ожидать), развиты больше относительно размеров этих органов, чем участки, представляющие органы более крупные. Действительно, иногда на рисунки, изображающие кору головного мозга, наносят изображение перевернутого человечка, отдельные части тела которого наложены на области их представительства в коре. На рисунках как сенсорного, так и двигательного человечка его торс непропорционально мал, малы также ноги, хотя очень велики стопы, направленные к верхушке мозга. К нижней части коры направлены очень большая кисть руки, огромная голова и гигантские губы и язык.

Все это достаточно разумно. Что касается движений, то манипуляции ртом и языком в процессе порождения речи и движения кистью руки в процессе трудовой деятельности очень тонки, и именно они отличают людей от животных. Что же касается ощущений, то движения рукой не могут быть точными, если мы в каждый данный момент времени не будем ощущать ее точное положение в пространстве и взаимное расположение пальцев. Ощущения, информация о которых передается с губ и языка, не специфичны только для человека, поскольку прием пищи очень важен и для него, несмотря на весь его интеллект, поэтому сигналы с языка и губ требуют большого внимания головного мозга.

Два очень важных ощущения, — важных и специализированных, — зрение и слух, имеют в своем распоряжении специально зарезервированные для этого доли. Это участок височной доли, расположенный непосредственно книзу от сенсорной области, служащий для восприятия и обработки слуховых ощущений и называемый поэтому слуховой областью, и затылочная доля, в которой расположена зрительная область коры головного мозга. Зрительная кора расположена на самых задних участках коры обоих полушарий головного мозга.

Как я уже говорил, в коре головного мозга расположены около 10 миллиардов нервных клеток. Все они способны претерпевать химические и электрические изменения, передавая нервные импульсы. (Они не делают этого только в случае гибели.) Отдельная нервная клетка передает нервный импульс только после стимуляции и только в те, возможно, достаточно редкие промежутки времени, когда изменяется ее электрический потенциал. Однако в каждый данный момент времени разряжается изрядная доля всех 10 миллиардов нервных клеток. Поэтому в целом головной мозг активен постоянно.

В обычных условиях информация об ощущениях постоянно поступает в головной мозг, а двигательные команды постоянно направляются от мозга к периферии. Даже если какие-то сигналы об определенных ощущениях не поступают в мозг, если вы находитесь в непроницаемой темноте и в полной тишине, если вам нечего нюхать или пробовать па вкус, если вы парите в невесомости, то даже в этом случае какие-то ощущения все равно возникают в мышцах и суставах. Эти ощущения сообщают вам об относительном положении в пространстве ваших конечностей и туловища. Но даже если вы будете лежать в состоянии полного расслабления, не совершая никаких произвольных движений, то сердце все равно будет продолжать качать кровь, грудная клетка совершать дыхательные движения и так далее.

Не удивительно, что в любое время дня и ночи, при бодрствовании и во сне, мозг любого живого существа, а не только человека, является источником множества различных электрических потенциалов. Впервые они были обнаружены в 1875 году английским физиологом Ричардом Кэйтоном. Он прикладывал электроды к обнаженной поверхности головного мозга живой собаки и регистрировал при этом очень малые по амплитуде токи. В течение последующих пятидесяти лет техника усиления этих незначительных сигналов была усовершенствована. В 20-х годах XX века стало возможным регистрировать эти потенциалы сквозь толщу кожи и костей, покрывающих головной мозг.

В 1924 году австрийский психиатр Ганс Бергер наложил электроды на кожу головы больного и обнаружил, что при использовании чувствительного гальванометра можно выявить электрические потенциалы. Свою работу на эту тему он опубликовал только в 1929 году. С тех пор использование более сложной техники сделало это исследование рутинным. Процесс измерения токов головного мозга был назван электроэнцефалографией («электрической записью мозга», греч.) .Прибор, используемый для этой цели, был назван электроэнцефалографом, а запись электрической активности мозга — электроэнцефалограммой. Сокращенно электроэнцефалография называется ЭЭГ.

Электрические потенциалы мозговых волн (как были названы обнаруженные флуктуации потенциала) находятся в диапазоне милливольт (тысячных долей вольта) и микровольт (миллионных долей вольта). С самого начала своего исследования Бергер заметил, что потенциалы флуктуировали в определенном ритме. Правда, форма этого ритма оказалась весьма не простой, однако удалось выявить несколько типов ритма, образующих окончательную форму мозговых волн.

Самому заметному типу ритма Бергер дал наименование альфа-ритма или альфа-волн. Альфа-волны характеризуются амплитудой около 20 микровольт и частотой следования около 10 в одну секунду. Альфа-ритм проявляется особенно отчетливо, когда испытуемый сидит в спокойной позе с закрытыми глазами. Поначалу предположение Бергера о том, что этот ритм задается целостным мозгом, казалось вполне приемлемым. Увеличение чувствительности применяемых методов регистрации ЭЭГ пошатнули такое представление. К черепу начали прикладывать все большее число электродов в самых различных местах, расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, делящей головной мозг на две половины в направлении спереди назад. В настоящее время принято регистрировать потенциалы с 24 электродов, определяя разность потенциалов между любыми двумя из них. На основании этих измерений было установлено, что альфа-ритм сильнее всего выражен в затылочной области, которая соответствует месту мозга, где расположены центры зрительного анализатора.

Когда глаза открыты, но взор направлен на бесформенный источник света, регистрируются альфа-волны. Если, однако, перед взором возникает подвижная оформленная картина, то альфа-ритм исчезает или подавляется более выраженным ритмом. Через некоторое время, если в поле зрения не происходит ничего нового, альфа-ритм восстанавливается. Возможно, что альфа-волны представляют состояние готовности, в котором находится зрительная кора, при минимальной стимуляции. (Это похоже на то, как человек переминается с ноги на ногу или барабанит пальцами по столу в ожидании слов, которые побудят его к действию.) Поскольку зрение является нашим основным чувством и обеспечивает нас большим объемом информации, чем все остальные органы чувств, вместе взятые, и эта информация постоянно заставляет наш мозг работать, постольку не удивительно, что альфа-волны доминируют в ЭЭГ покоя. Когда глаза начинают выполнять свою функцию и поставлять мозгу зрительную информацию, и за работу принимаются также и клетки зрительной коры, то ритм ожидания исчезает. Если зрительная картинка перестает изменяться и мозг до конца выявил ее суть, ритм ожидания возвращается. Однако мозг не может ждать до бесконечности. Если человек долго пребывает в отсутствии сенсорной стимуляции, то у него начинаются трудности с мышлением или концентрацией внимания, и могут даже начаться галлюцинации (словно мозг, не получая реальную информацию, начинает создавать свою собственную). Эксперименты, проведенные в 1963 году, показали, что у человека, проведшего две недели без сенсорной стимуляции, происходит ослабление альфа-ритма и уменьшение амплитуды его волн.

Кроме альфа-волн, существуют еще бета-волны, частота которых выше — 14–50 в секунду, а колебания потенциала имеют меньшую амплитуду, чем альфа-волны. Есть еще медленные и имеющие высокую амплитуду тета-волпы.

ЭЭГ предоставляет в распоряжение физиологов массу загадочных данных, многие из которых они до сих пор не в состоянии интерпретировать. Например, существуют возрастные различия ЭЭГ. Мозговые волны можно выявить у плода в утробе матери, хотя они имеют очень низкий вольтаж и частоту. Это положение постепенно изменяется с возрастом, но «взрослые» характеристики появляются у ЭЭГ лишь к 17 годам. Форма ЭЭГ изменяется также при засыпании и пробуждении, то же самое происходит и во время сна, предположительно в моменты появления сновидений. (Характерным ЭЭГ-проявлением фазы быстрых движений глаз является возникновение дельта-волн.) В противоположность всем этим различиям, ЭЭГ разных видов животных по своим характеристикам очень похожи друг на друга и на ЭЭГ человека. Таким образом, головной мозг, вне зависимости от биологического вида его носителя, работает по единому для всех механизму.