Живой мозг. Удивительные факты о нейропластичности и возможностях мозга - Дэвид Иглмен

Рис. 8.1. Если подобный катаклизм произойдет в реальности, гаитянам придется сильно потесниться

Печатается с разрешения автора

Вернемся к мозгу: что будет, если болезнь, хирургическая операция или черепно-мозговая травма приведет к сокращению доступной мозговой территории? Как и в случае со странами-соседями, здесь также возможны два варианта: мозг устранит часть своей карты, отображавшей утраченную мозговую ткань, или ужмет исходную карту, выделив всем областям участки поменьше.

Чтобы разобраться, по какому варианту пойдут события, обратимся к истории маленькой девочки по имени… ну, скажем, Алиса. В три с половиной года у нее начались легкие приступы, и родители отвезли дочку в больницу, где ей провели сканирование мозга. К великому удивлению врачей, а также всего медицинского сообщества, выяснилось, что девочка появилась на свет только с одним полушарием мозга — левым. Это редкая аномалия, при которой правая половина мозга отсутствует1.

Но вот сюрприз: детство у Алисы было самое обычное и вполне нормальное. Как ни поразительно, странная прихоть развития не повредила таких способностей, как координация глаз и движения рук. Приступы у нее случались, но их удавалось купировать при помощи лекарств. И вскоре единственным, в чем выражалось отсутствие правого полушария, остались нарушения мелкой моторики левой руки.

Врожденная аномалия Алисы дает нам шанс ответить на фундаментальный вопрос: что случается с нейронными связями, в норме представленными в обоих полушариях, когда в наличии остается только одно?

Но для начала проследим, как информация в обычном случае поступает в мозг от левого глаза индивида. Нервные волокна левой половины сетчатки передают данные в заднюю часть левого участка зрительной коры. С этим у Алисы все в порядке, поскольку левое полушарие у нее в наличии. А информация от правой половины сетчатки в норме пересекает срединную линию и поступает в заднюю часть правого полушария. Но у Алисы его нет — куда тогда идут нервные волокна (рис. 8.2)?

Рис. 8.2. В норме левая часть мира представлена в правой половине мозга. Но если у Алисы правое полушарие отсутствует, то куда идут соответствующие нервные волокна?

Печатается с разрешения автора

И вот вам восхитительный пример живой нейронной сети, о котором в предшествующие десятилетия мы и не подозревали: нервные волокна, передающие сигналы от обоих зрительных полей, подключились к левому полушарию. И у Алисы зрительное поле целиком представлено на единственной доступной кортикальной территории (рис. 8.3). Точно так же гаитяне поделились своими владениями с пострадавшими от цунами доминиканцами.

Рис. 8.3. Зрительная кора располагается в задней части мозга. Слева: нормальный мозг. На сером фоне представлено правое поле зрения (правая сторона видимого мира), а черным фоном помечено расположение левого поля зрения. Справа: зрительная система Алисы перемонтировала свою нейронную сеть, чтобы и левое, и правое поля были представлены в единственном наличествующем полушарии

Печатается с разрешения автора

Тот факт, что у Алисы хорошее зрение и в норме координация в системе «глаз — рука», свидетельствует еще об одном удивительном явлении: даже притом что на первых этапах развития зрительная система работала не по штатной схеме, окружающие ее области без труда сообразили, как пользоваться необычной картой мозга. Иными словами, чтобы остальной мозг функционировал нормально, зрительной коре Алисы не требовалось выстраиваться согласно нормальному генетическому плану. В согласии со всем тем, что мы наблюдаем на протяжении этой книги, генетика Алисы не создала хрупкую систему, которая выйдет из строя при малейшем отклонении от заданного направления. Напротив, она распаковала живую сеть, которая в любом случае сама придумает, как обеспечить девочке зрение.

Если у Алисы правое полушарие отсутствует от рождения, то у Мэтью одно полушарие по показаниям удалили хирургическим путем (см. главу 1). Он слегка прихрамывает, а в остальном способен вести самостоятельную жизнь без опеки и помощи. Как и у Алисы, у Мэтью оставшееся полушарие сообразило, что делать: ткань мозга перестроилась, чтобы поддерживать обычную работу даже при радикальных изменениях. И у Алисы, и у Мэтью карты мозга трансформировались таким образом, чтобы уложиться в половину прежде занимаемой территории, сохранив в целости взаимосвязи, задачи и функции.

Как происходит такая радикальная перестройка? Первые подсказки дала обыкновенная лягушка, у которой зрительная система устроена проще, чем у человека. Нервные волокна от ее глаза проходят в область, называемую оптическим тектумом (в грубом приближении оптический тектум более или менее подобен первичной зрительной коре у млекопитающих), — от правого глаза в левый тектум, от левого соответственно в правый. При этом нервные волокна соблюдают порядок: те, что идут от верхней части глаза, входят в верхнюю часть тектума, а идущие от левой части глаза — в левую. Получается, что каждому выходящему из глаза нервному волокну заранее предписан свой адрес доступа в тектум. А что произойдет, если часть тектума устранить на той стадии развития, когда нервные волокна еще не дотянулись до него? Ответ: то же, что и в мозге Алисы, — вся карта зрительного поля — ретинотопическая карта — развернется на меньшей целевой территории. И выглядеть будет нормально, как ей и полагается2. Просто она несколько спрессуется — подобно карте сердобольной Республики Гаити после того, как цунами разорило восточную часть острова (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Сжатие под соответствие уменьшившейся территории. Слева: нормальная проекция сетчатки в оптический тектум. Справа: после удаления половины тектума ретинотопическая карта ужимается, чтобы уместиться в меньшую территорию

Печатается с разрешения автора

Теперь поднимем эксперимент на следующий уровень: что будет, если головастику справа или слева трансплантировать дополнительный глаз? В этом случае непредусмотренные волокна зрительного нерва должны будут присоседиться в тектуме к штатным волокнам, идущим от двух глаз. В результате глаза (два положенных генетикой и один лишний) разделят территорию на чередующиеся полосы и каждый набор полос будет содержать полную карту глаза3. И снова мы видим, что входящие нервные волокна используют пространство, имеющееся в наличии (рис. 8.5). Это сродни тому, что какое-то новое государство нахально вторгнется на остров Гаити, а граждане республики (вот добряки!) согласятся выделить ему жизненное пространство — полосами, чередуя свои владения с территорией, отданной пришельцам4. Этакая чересполосица!