Здоровый и больной мозг человека

Бехтерева Наталья Петровна

Глава вторая

Некоторые общие принципы организации мозга человека

 

 

В эволюции человека преобладает сильное развитие мозга и умственных способностей. Вот 

Структурно-функциональной организации мозга посвящено немалое число работ. В те или иные периоды интересы разных исследователей закономерно различны, и в то же самое время иногда десятилетиями внимание всех, кто занят этой проблемой, приковано к какому-то одному вопросу. В 1980 году исполнилось столетие со дня смерти выдающегося исследователя Брока, заложившего основы локализационизма – представлений о преимущественном или абсолютном значении определенных мозговых зон в обеспечении иногда очень сложных функций. Многие десятилетия, как известно, шло накопление фактов, казалось бы, подтверждавших эти представления. В плане изучения организации мозга человека наибольшее число крупных исследований вот уже многие годы посвящено межполушарной асимметрии (Адрианов, 1979), и вряд ли даже обобщающие исследования типа «The integrated mind» (Gazzaniga, LeDoux, 1978) могут подвести полный итог этим работам. В то же самое время в связи со сложностью проблемы не только частные, но и ряд общих принципов организации мозга человека настоятельно нуждается в дополнительном рассмотрении. Та же сложность проблемы определяет практическую невозможность рассмотрения всех на сегодня известных или гипотетических принципов организации мозга в краткой главе. Важные для понимания механизмов здорового и больного мозга положения будут рассмотрены и в общем виде, и на конкретных примерах мозгового обеспечения различных функций.

Как правило, основные звенья мозговой системы обеспечения речевой функции сконцентрированы у человека в левом полушарии. Это прежде всего зоны Брока (Вгоса, 1861) и Вернике (Wernicke, 1874). Однако операции по поводу эпилепсии, начатые в нашей стране Л. М. Пуссепом в 1904 году (цит. по: Панченко и др., 1975; Панченко, Шерешевский, 1975) и широко развернувшиеся в Монреальском неврологическом институте под руководством и при участии Пенфильда (Penfield, Jasper, 1954), показали, что для речевых функций очень значимым может быть правое полушарие. В связи с этим при нейрохирургических операциях проводятся проверочные стимуляции так называемых речевых зон. Позднее с той же целью в Монреальском институте была принята проба Вада (Wada et al., 1975) в виде внутрикаротидного введения амитал-натрия, обусловливающего односторонний кратковременный гемипарез, а в случае введения в доминантное по речи полушарие – одновременно моторную и сенсорную афазии. Еще позднее были предприняты попытки использовать бескровные методы определения стороны расположения речевых центров, в частности путем регистрации вызванных потенциалов, но это имеет уже больше отношения к истории развития диагностики и лечения эпилепсии, чем к изучению структурнофункциональной организации мозга человека.

Автору настоящей книги пришлось наблюдать позднее описанный В. П. Хохловой (1967) случай повторных операций на левом полушарии по поводу злокачественной опухоли у ребенка. В результате было последовательно удалено практически все левое полушарие, причем речь, утрачиваемая после каждой операции, затем постепенно восстанавливалась. Даже не предположительно, а вполне утвердительно можно сказать, что утрачиваемые функции восстанавливались за счет правого полушария, хотя первоначально речевые зоны развивались у этого мальчика, судя по результатам первых операций, как и у большинства людей, слева. С. Г. Зограбян с соавторами (1978) наблюдал двенадцать больных детей, у которых при полном отсутствии одного из полушарий движения в противоположных конечностях были сохранены.

Речевые зоны у взрослого человека могут быть представлены не только в левом, но и в правом полушарии. При их разрушении функция речи, как правило, не восстанавливается. В связи с этим возникает ряд вопросов. Равны ли при рождении по возможностям анатомически оба полушария и различные отделы мозга? Почему и как происходят латерализация функции и специализация отделов мозга? Почему во взрослом состоянии, несмотря на огромные потенциальные резервы мозга, при повреждениях определенных зон не происходит компенсации нарушенных функций?

Целенаправленное исследование тех анатомических зон конвекситальной поверхности коры обоих полушарий, которые в процессе онтогенеза приобретают важнейшее значение в осуществлении речевой функции, показало, что, как правило, эти зоны более развиты в левом полушарии. По-видимому, именно на основе анатомических предпосылок корковое представительство речевых функций концентрируется у большинства людей в левом полушарии, возможно, во многих случаях имеется или потенциально может развиться в правом полушарии, но в ходе онтогенеза сохраняется там, где оно получило наибольшее развитие. Допустимо полагать, что развитию правостороннего представительства речевых функций может способствовать происшедшее достаточно рано повреждение гомологичных зон левого полушария. Как указывалось выше, имеется большая литература (Гречин, 1974; Лурия, 1974; Смирнов, 1974; Балонов и др., 1975; Деглин, Николаенко, 1975; Кок, 1975; Лурия, Симерницкая, 1975; Костандов, 1978; Ojemann, 1977a; Ojemann, Whitaker, 1978b, и многие другие) о свойствах и различиях функций правого и левого полушарий. Большинство исследователей, по существу, подтверждают зародившиеся уже во второй половине XIX столетия представления о различии функциональных свойств обоих полушарий, хотя трактовка механизмов организации мозгового обеспечения функции и претерпела существенные изменения. Неврологическая и нейрохирургическая клиники, несмотря на прогресс фармакологии, все еще изобилуют больными, у которых повреждение одного из полушарий, вызванное сосудистым инцидентом, травмой, опухолью, инфекцией, не компенсируется или компенсируется далеко не полностью. Локализационизм в его первоначальной, не доведенной до абсурда (Kleist, 1934) рациональной форме продолжает верно служить клинике. И в то же самое время мозг здорового человека в XX веке с каждым новым поколением оказывается способным к реализации нередко совершенно новых функций, анатомическая предуготованность к которым, безусловно, не могла развиться, а поражение – вплоть до полного разрушения одного из полушарий – может не только привести к значительному замещению утрачиваемых, функций, но и не предотвратить формирования высокоинтеллектуальной личности. Ярким подтверждением служит пример Луи Пастера, который в юности перенес кровоизлияние в мозг, однако это не помешало ему впоследствии сделать ряд выдающихся открытий.

Каковы же те механизмы мозга, которые лежат в основе его возможностей и ограничений? Результаты диагностической электрической стимуляции преимущественно височной коры при операции по поводу удаления эпилептогенных очагов (Penfield, Jasper, 1954), стимуляций глубоких структур мозга через вживленные электроды (Sem-Jacobsen, 1968; Смирнов, 1976) и при одномоментных стереотаксических операциях (Hassler et al., 1960, 1965, и др.) существенно дополнили материалы о структурно-функциональной организации мозга человека, базировавшиеся до последнего времени на данных более массивных воздействий на мозг, вызываемых опухолями, травмами и сосудистыми поражениями (известные клинико-анатомические сопоставления и современная нейропсихология). Эти данные приведены во многих, в том числе указанных выше монографиях и обзорах. Детальное изучение структурно-функциональной организации мозга при паркинсонизме позволило В. М. Смирнову открыть новое направление неврологии – стереотаксическую неврологию. Электрическое раздражение мозга выявило различные реакции разных зон мозга, что позволило использовать эти результаты для уточнения места расположения электрода в связи с индивидуальными вариациями мозга. Однако здесь важно подчеркнуть, что при электрической стимуляции большинства подкорковых структур наблюдалась не какая-нибудь одна, а целый спектр реакций, которые к тому же при изменении параметров стимуляции и состояния больных могли варьировать. Особенно разнообразны реакции при стимуляции таких структур, как срединный центр, вентролатеральное и другие ядра зрительного бугра.

Так, обобщая исследования разных авторов, В. М. Смирнов (1976) показал, что при электрических стимуляциях срединного центра наблюдались: повышение уровня бодрствования, эмоциональное напряжение, тревожность, необычные ощущения; поведенческий эффект пробуждения – усиление ориентировочных реакций, расширение глазных щелей и т. д., диффузные неопределенные ощущения в сочетании со страхом; пробуждение больных, находящихся в легком наркозе (после выключения тока больные сразу засыпали); легкая спутанность, необычные висцеральные ощущения (абдоминальная аура?); необычные ощущения на контралатеральной стороне тела, спутанность сознания.

Данные записи физиологических показателей жизнедеятельности мозговых структур при предъявлении функциональных проб также подтвердили полифункциональность по крайней мере многих мозговых зон. Так, в том же срединном центре воспроизводимые изменения физиологических показателей наблюдались при предъявлении эмоциогенных, двигательных проб, тестов на активацию внимания и краткосрочную память и т. д.

Результаты электрической стимуляции и данные регистрации физиологических показателей функциональной динамики мозга при пробах приведены в отношении одной структуры – срединного центра, хотя сходные не по самому спектру, а по его богатству сведения были получены при исследованиях других зон и структур мозга (Sem-Jacobsen, 1968; Бехтерева, 1974; Смирнов, 1976; Бехтерева и др., 1978). Данные, полученные с помощью различных методов исследования, оказываются то более, то менее сопоставимыми прежде всего в связи с состоянием биохимической медиации. Однако и те и другие подтверждают, что популяции нервных клеток, расположенные в одной и той же зоне мозга, могут быть и очень часто оказываются полифункциональными.

Далее: в специальном целенаправленном исследовании суммарных реакций импульсной активности нейронных популяций и сверхмедленных процессов, проведенном при применении фармакологических проб (Бехтерева и др., 1970; Илюхина, 1971, 1977), обнаруживается, что полифункциональность может быть не только актуализированной, но как бы потенциальной. Применение нейротропных средств, вызывающих ослабление или усиление активности различных биохимических медиаторов, может выявлять эти потенциальные возможности. Полифункциональность нейронных популяций обнаруживается при повторных исследованиях и применении различных функциональных проб (Гоголицын, Кропотов, 1983). Нейронная популяция может быть как бы всегда готовой для включения в системы обеспечения разных видов деятельности и может быть готовой к функционированию в качестве звена системы лишь в каких-то определенных условиях состояния биохимической медиации.

Так, у больного М., страдающего паркинсонизмом, воспроизводимые изменения медленных потенциалов и импульсной активности нейронов (ИАН) при психологических пробах наблюдались во многих зонах и в том числе в центральном ядре зрительного бугра, в красном ядре и медиальном членике бледного шара. Применение серотонинотропного препарата дезерила привело к исчезновению воспроизводимых изменений физиологических показателей в центральном ядре зрительного бугра, Н-холинолитика педифена – в красном ядре и медиальном членике бледного шара. Напротив, применение другого, также холинолитического препарата – М-холинолитика метамизила – привело к увеличению отчетливости воспроизводимых изменений физиологических показателей мозга при психологических пробах в области красного ядра и медиального членика бледного шара. У больного Н., также страдающего паркинсонизмом, наблюдались воспроизводимые изменения суммарной динамики частоты ИАН при психологических пробах в одной из приэлектродных зон срединного центра. Больному называли ряд слов, а затем, примерно через 30 секунд, просили повторить их. Не в момент восприятия задания, а сразу после его окончания начиналось существенное возрастание частоты ИАН, достигавшее наибольшей выраженности в момент речевого ответа больного и сразу затем спадавшее до исходного уровня. Повторяли принципиально ту же пробу, заменяя только конкретные слова, – реакция сохранялась. Ввели дезерил в терапевтической дозировке. В первые 15–20 минут после введения препарата частота ИАН возросла примерно на 30 %. На этом фоне появилась четкая реакция в виде учащения ИАН на восприятие слов и при этом реакция на их воспроизведение больным еще более усилилась. Через час после введения дезерила и фоновая импульсация, и ответная реакция на введение дезерила приблизились к исходным. Различие состояло в несколько более низком уровне фоновой ИАН, практическом отсутствии изменений частоты ИАН в данной зоне в фазу восприятия слов и при этом в очень четко выраженном увеличении частоты ИАН на речевой ответ больного. Еще через час фоновая частота импульсной активности нейронной популяции стала примерно на 40 % ниже исходной, а в ответ на психологическую пробу наблюдалось лишь постепенное возрастание частоты ИАН, не связанное с фазами психологического теста, то есть можно было констатировать как бы временное выключение данной зоны из системы обеспечения психической деятельности. И в то же самое время на выполнении пробы выпадение этого звена системы не отразилось: многозвеньевая система обеспечила достаточную надежность работы мозга.

Изменения касались не только реакции на функциональные пробы, или, точнее, изменения реакции на функциональные пробы были связаны с изменением так называемых фоновых физиологических показателей.

Последовательное применение нейротропных средств, активных в отношении холинергической, адренергической и серотониннергической форм медиации, позволило получить большое количество интереснейших фактов о перестройках состояния различных структур мозга в этих условиях и прийти к двум принципиальным выводам.

Вывод первый. Состояние звеньев мозговых систем модулируется различными видами биохимической медиации. При всей важности дофаминергической медиации для обеспечения двигательной функции мозговая система обеспечения движений имеет звенья, модулируемые, включаемые или выключаемые другими формами биохимической медиации. С точки зрения биохимической медиации (модуляции?) и другие мозговые системы обеспечения функций полибиохимичны, что, по-видимому, является одним из механизмов, обеспечивающих их надежность.

Вывод второй. Данные наблюдения подтверждают не только представления о явной полифункциональности мозговых структур, но и о скрытой, своего рода потенциальной полифункциональности многих из них, проявляющейся при изменениях биохимической медиации. Эти результаты были использованы для более глубокого понимания нейрофизиологических механизмов в целенаправленных исследованиях В. А. Илюхиной, обобщенных в 1977 году и далее развитых ею в последующие годы (Илюхина, 1982а, 1986). Она показала, что если под влиянием внешних или внутренних причин изменяется один из СМФП – уровень устойчивого потенциала милливольтового диапазона, отражающий уровень относительно стабильного функционирования, то меняются функциональные свойства (спектр функциональных свойств) структур.

У больного X. при уровне относительно стабильного функционирования в диапазоне от 8 до 30 мВ одна из зон вентролатерального ядра зрительного бугра включалась в качестве звена системы в обеспечении краткосрочной памяти, в диапазоне от 23 до 35 мВ – как звено системы в обеспечении произвольных движений. В диапазоне от 20 до 30 мВ данная зона мозга проявляла свойства полифункциональности и могла участвовать в обеспечении как психической, так и двигательной деятельности.

В процессе длительных исследований (месяцы) получены данные, иллюстрирующие широкие функциональные возможности структур таламуса и экстранирамидной системы. Дифференцированы различия характера и интенсивности сверхмедленных колебаний разности потенциалов глубоких структур в ответ на психологические (активация внимания, краткосрочная память, эмоциогенные пробы) и двигательные тесты в зависимости от уровня относительно стабильного функционирования нейронноглиальных популяций (рис. 3).

На примере изучения структурно-функциональной организации хвостатого ядра Р. Е. Кирьяновой (см.: Илюхина и др., 1978) показаны существенные различия функционального состояния и спектра функциональной активности его нейронно-глиальных популяций при разных формах патологии (паркинсонизм, фантомно-болевой синдром) до начала лечения и возможность его изменения при положительном клиническом эффекте.

Данные о потенциальной и реальной полифункциональности мозговых структур подробно представлены в работе О. С. Адрианова (1977).

Надо сказать, регистрация физиологических показателей при функциональных пробах является более тонким способом выявления динамики и механизмов проявления полифункциональности структур мозга, чем электрическая стимуляция. Последняя может (но не всегда) выявить весь функциональный спектр структуры или вообще не выявить ее свойств, в связи с чем на основе данных электрической стимуляции создаются представления о вероятностных характеристиках структур (Смирнов, 1976).

Создается своеобразное противоречие. С одной стороны, в головном мозгу человека не только очень большое число клеток и еще больше связей между ними, НО, кроме того, популяции нервных клеток могут участвовать в обеспечении не одной, а многих функций. Мозговые системы обеспечения функций – многозвеньевые и полибиохимичные. Иными словами, эволюция в виде мозга создала действительно исключительно надежный аппарат. С другой стороны, весь опыт неврологической и нейрохирургической клиник свидетельствует о том, что повреждение целого ряда мозговых зон влечет за собой необратимый некомпенсируемый дефект функций

Рис. 3. Различия физиологической активности исследованных зон (1–3) хвостатого ядра (Cd), отраженные в характере типовых, в том числе и воспроизводимых, изменений СМФП, обнаруживаемых в момент выполнения психологических и двигательных проб (II) при различных состояниях тех же зон по данным омега-потенциала (I).

При удержании значений уровня СМФП в милливольтах (омега-потенциала) в пределах 10–20 мВ исследованные зоны хвостатого ядра физиологически активны и участвуют в обеспечении активации внимания и двигательной деятельности; при удержании омега-потенциала в «окне» 30–40 мВ те же зоны полифункциональны: участвуют в обеспечении активации внимания, краткосрочной памяти, двигательной деятельности; при удержании омега-потенциала в «окне» от 60 до 70 мВ те же зоны проявляют свойства эмоциогенных, что отражено в сходстве физиологической активности при выполнении любого вида психической и двигательной деятельности

.

В чем же заключаются те особенности организации мозга взрослого человека, которые лежат в основе этого противоречия?

В незрелом мозгу ребенка есть жесткая анатомическая предуготованность, перекрывающая даже частично особенности вида, согласно которой у всех его представителей в определенных областях мозга развиваются зоны проведения и анализа сигналов внешнего и внутреннего мира. Видовые анатомические особенности, создающие предпосылки для индивидуального развития человека как представителя определенного вида, уже менее абсолютны, но именно они ложатся в основу латерализации особо значимых корковых звеньев системы обеспечения речи. Неабсолютная значимость этих анатомических предпосылок определяет возможность формирования в отдельных случаях симметричных центров при поражении основных в раннем периоде онтогенеза. И еще по крайней мере два свойства мозга обусловливают сложность, а иногда невозможность компенсации его функций во взрослом состоянии. Первое свойство – это минимизация территорий мозга, необходимых и достаточных для обеспечения развившейся сформированной и не развивающейся существенно далее функции. Этому свойству уделял специальное внимание Н. А. Бернштейн (1947). Второе – это закрепление, фиксация локализации функций в мозгу в матрице долгосрочной памяти (Бехтерева, 1976а, 1976б; Бехтерева и др., 1977б).

Попробуйте совершающего первые шаги ребенка оторвать от этого занятия еще для какого-то дела. Ходьба сразу нарушится, ребенок остановится или упадет, если его не поддержат. Взрослый человек, да и не только взрослый, но и научившийся ходить ребенок, может обсуждать и решать во время ходьбы почти любые соответствующие его возрасту и интеллекту вопросы. Нарушения ходьбы (полная остановка, замедление и т. п.) возникнут лишь при серьезно конкурирующей ситуации, например развитии эмоциональной реакции, выражением которой и могут быть указанные нарушения. Это – простейший, почти бытовой пример. То же самое в принципе происходит при обучении любой другой деятельности, в дальнейшем приобретающей характер стереотипа. Человек, ребенок или взрослый, учась кататься на коньках, весь поглощен этим занятием. Он может упасть при любой самой маленькой помехе. Дальше все пойдет почти так же, как и с ходьбой. Но бытовой пример с коньками – или, если хотите, велосипедом – взят для того, чтобы предельно наглядно показать закрепление этой реакции в памяти. Пройдет 10– 15 лет без практического применения приобретенного навыка, но человек оказывается способным непроизвольно воспроизвести его: он встает на лед, садится на велосипед и сразу же или после двух-трех или нескольких неуверенных движений… Да, впрочем, аналогичная «память организма» иллюстрировалась в труде К. М. Быкова «Кора головного мозга и внутренние органы» (1947) также жизненным примером из романа Мопассана «Монт-Ориоль»: «…ваши ноги, мышцы, легкие, все ваше тело не забыло этих тягостных ощущений, и когда ум пожелает направить вас по той же дорожке, тело скажет ему: „Нет, не пойду, мне там было очень неприятно”. И голова без рассуждений подчинится протесту своих сотоварищей, которые несут ее». К. М. Быков не упоминал матрицы памяти. Он приводил этот случай как доказательство условнорефлекторной природы реакции.

Что же в этих примерах важно подчеркнуть для понимания ряда общих механизмов мозга, имеющих биологически разное значение для мозга здорового и больного человека? Для развития мозга в норме очень важна минимизация территорий, обеспечивающих более или менее стереотипные виды деятельности. Мозг как бы все время освобождается при этом для деятельности более сложной, хотя не у всех реализующейся, находящейся в постоянном развитии, пусть и имеющей в своей основе также стереотипные элементы. Имеется в виду мыслительная деятельность человека, базирующаяся на устной, письменной или мысленной формах речи и т. п., уже занявших свои основные позиции в структурно-функциональной организации мозга. Деятельность стереотипного или близкого к нему порядка формирует соответствующую матрицу долгосрочной памяти, которая позволяет вернуться к ней через годы, когда человек в лучшем случае лишь изредка вспоминал о ней.

Что же происходит при заболевании? Двигательные функции обеспечиваются минимальной и достаточной, с минимизированным избытком звеньев системой, структурно-функциональная матрица которой закреплена в долгосрочной памяти. Важнейшее, прекрасное свойство мозга – фиксировать и тем избегать ненужных затрат на одинаковые или однотипные действия – приводит к тому, что при поражении отдельных звеньев системы мозг не может черпать из своего астрономического по богатству запаса. Матрицы долгосрочной памяти зафиксировались: они, с одной стороны, поддерживают деятельность и, с другой – ограничивают возможность использования новых территорий мозга даже в случае необходимости. Память, на основе которой развиваются возможности мозга, память, которая в жизни подсказывает более или менее безопасные дороги, предостерегает от опасных, может служить не только развитию, но и ограничению возможностей. (Следует учитывать, что в этом случае включаются не только физиологические, но и биохимические, а в последующем и морфологические перестройки в мозгу.)

Несколько упрощенное изложение представлений приводится для более наглядного объяснения важнейших механизмов мозга, играющих столь разные роли в болезни и здоровье.

А теперь вернемся к научным фактам. Если наши предположения верны, встает вопрос: можно ли наблюдать процессы минимизации звеньев систем и влияние матрицы долгосрочной памяти в физиологических исследованиях?

В книге «Мозговые коды психической деятельности» (Бехтерева и др., 1977а) приведен рисунок, показывающий динамику связей между разными зонами мозга по ходу выполнения тестов на краткосрочную память (см. с. 68 книги). Эта деятельность для больного (испытуемого), хотя и сходная принципиально с его повседневной интеллектуальной, конкретно в данный момент для него является новой. Количество связей между структурами вначале велико. И, так как деятельность проста, минимизация (оптимальная!) идет буквально на глазах. Интеллектуальные функции у данного больного практически не затронуты. И поэтому так наглядно можно видеть процесс минимизации связей при «задалбливании» деятельности с общей сходной схемой реализации. Минимизацию связей в сходных условиях при регистрации медленных неэлектрических процессов наблюдал В. Б. Гречин (1975) при удлинении тестов на краткосрочную память. И у больных паркинсонизмом можно встретить не только результат минимизации территорий, но и практически продемонстрировать эту минимизацию преодолением ее.

В натурфилософском изложении речь могла бы пойти о самом заболевании как косвенном проявлении минимизации в системе обеспечения движений и трудности компенсации выпадений как отражении ограничительной роли матрицы памяти. Ниже мы остановимся на интереснейшем научном явлении, открытом В. М. Смирновым и Ю. С. Бородкиным, – АСФС (Смирнов, Бородкин, 1975, 1979; Смирнов, 1976).

 

Артифициальные стабильные функциональные связи – новый феномен долговременной памяти

Сложное название АСФС расшифровывается как артифициальная стабильная функциональная связь. Суть дела и возможные его механизмы заключаются в следующем. В тех случаях, когда лечение осуществляется с помощью вживленных электродов, имеется возможность ввести электроды в структуры, которые предположительно могут иметь отношение к обеспечению движений, и в структуры, имеющие отношение к нарушениям в двигательной сфере. Естественно, в последнем случае речь идет и о зонах, активность которых может быть первично измененной в связи с болезнью, и о зонах, активность которых усилена в связи с выпадением (угнетением) активности первых зон. Вероятно, все, применявшие метод вживленных электродов и применяющие его, в частности при гиперкинезах, обращали внимание на то, что из 30–40 электродов, введенных в образования стриопаллидарной системы и ядра зрительного бугра, лишь 2–3 и редко 6–7 оказываются «активными». Зоны, в которые введены электроды, предположительно должны иметь существенно большее отношение к движениям, чем оказывается. Но – не имеют. Что же это? Необратимая утрата их функции, связанная с болезнью? Или это результат той самой закрепленной в матрице памяти минимизации функций, о которой речь шла выше, той самой минимизации, что в норме высвобождает мозг для все более сложных видов деятельности, освобождает его от необходимости все время думать, какой ногой шагнуть, а при болезни закрывающей входы к запасникам мозга? В. М. Смирнов выявлял в мозгу больных точки, электростимуляция которых вызывала эффект в отношении мышечного тонуса, вызывала его колебания. Далее эти «материнские» точки стимулировались одновременно со вторыми, «дочерними», которые ранее были неактивными. Впоследствии, уже при изолированной стимуляции «дочерних» точек с частотой проводимой ранее совместной стимуляции, мозг восстанавливал свои первоначальные возможности отдавал контролю движений то, что ему принадлежало или могло принадлежать ранее!

Но, может быть, все это действительно только артифициальный – искусственный – феномен, хотя и воспроизводимый, и клинически выгодный; может быть, он все же не может расцениваться как подтверждение представления об утере и возврате, минимизации и открытии доступа к резервам? Решению этого вопроса помогла фармакология, и в частности применение этимизола, препарата антифеинового ряда, имеющего свойство резко увеличивать возможность взаимодействия в нервной системе, рассматриваемого в связи с этим Ю. С. Бородкиным в качестве неспецифического коннектора. Применение этимизола резко облегчало формирование новых звеньев, включение их в систему обеспечения движений, что подробно описано в работе В. М. Смирнова и Ю. С. Бородкина (1979). Внешний, клинический эффект действия этимизола проявлялся в некоторой дестабилизации мышечного тонуса, что рассматривалось как отражение дестабилизации матрицы устойчивого патологического состояния. На фоне дестабилизации стимуляция ранее неактивных точек также приводила к уменьшению тремора.

Дальнейшие исследования показали, что важна именно частота стимуляции, а не сам характер раздражителя. Раз вызванное электрическим током изменение мышечного тонуса далее могло вызываться фотостимуляцией той же частоты. Поскольку в любом акте принимают участие и активирующие, и тормозные структуры, стимуляцией ряда зон хвостатого ядра удавалось тормозить выработанную реакцию, если она была нежелательной или избыточной. Иными словами, опираясь на представления о динамике свойств мозговых систем в онтогенезе, оказалось возможным выйти за пределы развивающихся в ходе онтогенеза, а затем и болезни ограничений и все более полно использовать мозговые резервы, управлять ими. В то же самое время именно достигнутый эффект подтвердил теоретические представления и показал, что ограничительная роль матрицы долгосрочной памяти проявляется нарушением связей и обратимой при определенных условиях утратой некоторых свойств самой структуры, своего рода обеднением ее полифункциональности.

Феномен интересен еще и тем, что не требует многократных совместных стимуляций двух точек или повторных стимуляций ранее не активных точек на фоне этимизола. Этот эффект ранее трактовался как близкий к явлению импринтинга (запечатления). По-видимому, не отрицая этого механизма, можно сказать, что феномен прежде всего отражает восстановление ранее существовавших, а затем заторможенных связей в мозгу. Такое представление согласуется с высказанной в 1977 году точкой зрения П. Г. Костюка, согласно которой при анализе механизмов условнорефлекторной деятельности вероятнее активация потенциально существовавших связей, а не образование новых. Идет не формирование заново, а восстановление утраченного, без чего здоровый мозг научился обходиться. Еще раз напомним: здесь мы рассматриваем не саму структурно-функциональную организацию мозга, а некоторые, обычно мало подчеркиваемые принципы ее организации.

 

О гибких и жестких звеньях мозговых систем обеспечения психической деятельности

В процессе эволюции возник сложнейший орган – мозг человека, обладающий, с одной стороны, удивительной, сохранившейся на протяжении тысячелетий избыточностью и, с другой стороны, известной анатомической предуготованностью некоторых его зон, полифункциональностью очень многих своих нейронных популяций, астрономическим количеством связей при физиологической утрате множества из них в онтогенезе, а также характеризующийся незаменимостью отдельных его структурно-функциональных единиц у взрослого человека (а в отношении отдельных функций – и у ребенка). По-видимому, основным, значимым для физиологии здорового и больного мозга принципом следует считать анатомическую предуготованность структурно-функциональной организации тех единиц, деятельность которых жизненно важна для сохранения условий существования вида и открывает индивиду возможности ориентации в среде соответственно свойствам вида. К первым относятся области регуляции жизненно важных функций – сердечно-сосудистой, дыхательной деятельности – и других функций и программ развития такой же важности. Ко вторым, безусловно, относятся области проведения и базисного анализа простых сигналов внешнего и внутреннего мира и реализации ответов на них и условно у человека более сложных сигналов в форме коммуникационной деятельности. Зоны первого и второго порядка являются более или менее жесткими звеньями мозговых систем, причем одна и та же зона может участвовать во многих функциональных (Анохин, 1968) системах.

Первоначально, в раннем онтогенезе, по-видимому, подавляющее большинство мозговых систем обеспечения каких-то функций (двигательных, эмоциональных и т. п.) занимает значительно бо́льшие территории, или, точнее, в связи с их пространственной разделенностью правильнее, вероятно, говорить о наличии первоначально большего количества звеньев мозговых систем. Затем по мере онтогенеза эта избыточность несколько уменьшается и в связи с исходной полифункциональностью зоны мозга начинают служить другим целям, включаются в обеспечение каких-то других функций и – прежде всего у человека – процессов, имеющих отношение к индивидуальному обучению. Эти утрачиваемые звенья можно было бы условно назвать гибкими, если первым, обязательным, присвоить название жестких. Но можно ли обнаружить в какой-либо системе эти гибкие звенья, утрата которых не наносит зримого простым глазом вреда функции, а наличие, по-видимому, увеличивает ее возможности? Оказывается, можно, так как в мозгу есть системы (система), наличие гибких звеньев в которых – их обязательный атрибут, хотя работа системы происходит и за счет аппарата жестких звеньев. Обнаружено это явление было нами еще в 60-х годах. В самом начале 60-х годов, когда мы применили для диагностики и лечения метод вживленных электродов (Бехтерева и др., 1963), еще до того как выкристаллизовался комплексный метод изучения мозга, у одной больной в процессе диагностических стимуляций развилась положительная, но в данном случае нежелательная эмоциональная реакция. На ее базе сформировалась стойкая поведенческая реакция, справиться с которой оказалось в последующем возможным лишь с помощью достаточно массивной и длительной психотерапии. Это событие оказалось тем субъективным, личным толчком, который в дополнение к скудным данным литературы о связи подкорковых структур человека с эмоционально-психической деятельностью заставил строжайшим образом контролировать отношение стимулируемых с клиническими целями зон к эмоционально-психической сфере.

Еще до стимуляции исследовали, как изменяются физиологические процессы в различных зонах мозга при эмоциогенных и эмоционально нейтральных психологических пробах, а в момент электрического воздействия обязательно применялись пробы соответствующего типа. Когда комплексный метод получил полные права гражданства, эти исследования выстроились в более стройную систему. Наличие жестких и гибких звеньев в мозговых системах обеспечения психической деятельности впервые было обнаружено при исследовании физиологической динамики по ходу реализации проб на краткосрочную (оперативную) память.

Больной лежал или сидел в удобном кресле. Через вживленные электроды регистрировались колебания медленных электрических процессов, напряжения кислорода и огибающей текущей частоты импульсной активности нейронов. Сначала запись осуществлялась без применения каких бы то ни было специальных раздражителей, хотя в комнате было светло, в ней находились врач-исследователь, его помощники, а за стеной иногда слышался разговор – словом, обстановка для больного была вполне обычной. По стабилизации физиологических показателей можно было обнаружить, что больной адаптировался к обстановке исследования. После этого врач-исследователь давал инструкцию: «Я буду произносить отдельные слова, а вы постарайтесь запомнить их, и тогда, когда я попрошу, повторить их в том же порядке». Тест имел вариации: надо было не только повторять слова вслух, а и мысленно воспроизводить их, но в данном случае это не принципиально. В качестве задания назывались конкретные предметы, связанные и не связанные по смыслу, или абстракции – цифры. Повторить следовало в одних случаях по команде (просьбе), а в других – немедленно после произнесения слов исследователем. И наконец, время между заданием и просьбой воспроизвести его могло быть различным. Но схема, приведенная выше, была типовой в данном виде тестов, и время между заданием и ответом колебалось обычно в пределах 30 +5 секунд. Колебания продолжительности времени удержания задания в памяти не были случайными, они делались для того, чтобы затруднить формирование реакции на время, хотя полностью избежать ее в этих условиях было трудно. Итак, больному говорили: «Стол, фиалка, дом, дерево, плита, книга, линейка», – обычно перечислялось 6–8 предметов или цифр соответственно тому максимальному числу слов, которые данный больной удерживал в памяти. Через 30 с его просили повторить. Если словесный ряд воспроизводился с грубыми ошибками, количество предъявляемых слов уменьшалось. Если безошибочно – через 2– 3 минуты предъявлялся новый ряд слов, после чего через 30 с следовала просьба повторить слова. При безошибочном повторении нескольких тестов (легкости теста для больного) врач-исследователь мог увеличить ряд на одно слово. Однако, так как в задачи исследования не входило создание эмоционально активирующей ситуации, обычно перечисляли то количество слов, которое удерживалось больным в памяти без большого напряжения, но при достаточной концентрации внимания на выполняемой деятельности. Физиологические показатели, регистрируемые непрерывно по ходу теста, могли существенно не изменяться, изменяться лишь при первых выполнениях пробы или сходно по рисунку изменения воспроизводиться при каждом предъявлении пробы. Число тестов – и этот параметр исследований был избран на основе проб и ошибок – обычно варьировало в пределах от 10 до 20: дальнейшее увеличение могло вызвать нежелательное раздражение или утомление больного. При необходимости, однако, те же или другие психологические тесты могли предъявляться в тот же день и в большем количестве, но уже после некоторого перерыва, отвлечения и отдыха.

Точки мозга, где изменений физиологических показателей не наблюдалось, первоначально условно оценивались как не связанные с мозговым обеспечением данной деятельности. Те точки мозга, которые реагировали лишь на первые задания или изменения в них, расценивались как реагирующие неспецифически – по типу ориентировочной реакции или по типу детекторов новизны. Причисление их к детекторам новизны было обусловлено не только появлением этого, тогда нового термина и своеобразной модой на него, но и наличием первых, не реагирующих на данные пробы зон. И наконец, те зоны, в которых каждый раз появлялась при выполнении теста сходная по рисунку воспроизводимая реакция, были отнесены к звеньям системы обеспечения интеллектуально-мнестических функций, в более общем виде – к звеньям системы обеспечения психической деятельности, а в более частном, конкретном варианте – к звеньям системы, участвующей в обеспечении проб на краткосрочную словесную память.

Такого рода вывод казался нам вполне правомерным… до того момента, пока мы не стали сравнивать данные, полученные у одного и того же больного в разные дни исследования. На схемах срезов мозга зоны, воспроизводимо отреагировавшие на пробу на словесную краткосрочную память вчера, не совпадали с теми, которые были получены позавчера. Они не совпали и с теми, которые были получены сегодня. Точнее – не полностью совпадали. В части зон от дня ко дню воспроизводимо менялась физиологическая динамика. А другие точки мозга то переставали реагировать, как бы становились нейтральными, то, наоборот, из нейтральных становились активными. Надо сказать, что данные, полученные у больного первоначально, были настолько убедительными, что лишь стремление получать точные клинические ориентиры заставило повторить пробу. А результаты оказались такими неожиданными и на первый взгляд даже разочаровывающими в самой логике исследования структурно-функциональной организации мозга!

После естественной фазы раздумья над этими фактами созрела идея выяснения, с чем же связана изменчивость поведения большого количества зон мозга в сходных условиях.

Условия, которые ранее были стандартизированы лишь в отношении самих тестов, стали менять целенаправленно. Так, тесты предъявлялись в один и тот же день в обычной ситуации, или при максимальном ограничении внешних раздражений, или при включении дополнительного постоянного раздражителя (музыка, мелькающий свет и т. д.). Исследования проводились и в таких условиях, когда рядом, в той же или соседней комнате, происходил разговор, безразличный или разный по значимости для больного.

Уже самые первые исследования такого рода полностью подтвердили догадку о связи динамики структурно-функциональной организации системы с условиями, при которых осуществляется данная, сравнительно простая психическая деятельность. Как и ранее, в каких-то зонах глубоких структур мозга и менее исследованной тогда нами коры воспроизводимость физиологических реакций сохранялась независимо от условий исследования. В других зонах при изменении условий исследования воспроизводимость реакций появлялась, исчезала, становилась более или менее выраженной. Принципиально то же повторилось при направленном изменении внутренней среды мозга – при проведении тестов на фоне применения фармакологических препаратов, активных в отношении адренергической, холинергической и серотонинергической форм медиации.

Как это расценивать? Зоны первого типа были обозначены нами как жесткие звенья, представляющие жесткий скелет системы, определяющий самое ее существование, обеспечивающие экономичность в работе мозга. Зоны второго типа обозначены как гибкие звенья, по-видимому определяющие возможность протекания деятельности в различных условиях, богатство возможностей. Не исключено, что для выполнения применяемых стереотипных проб все это богатство и не нужно, и если бы психическая деятельность была принципиально столь же простой и стереотипной, оно постепенно утратилось бы. Но мыслительная деятельность в самой своей основе, где стереотипия играет всего лишь роль рабочих блоков для различных нестереотипных построений, нуждается в этом богатстве. Вот потому и оказалось возможным даже при простых психологических пробах увидеть, что основой организации обеспечения психической деятельности служит корково-подкорковая структурно-функциональная система со звеньями разной степени жесткости (Бехтерева, 1966, 1971, 1974). Принцип и факты были подтверждены, показаны общность принципа и возможность использования для анализа других процессов в мозгу, что позволило перейти уже в исследованиях психической деятельности к расшифровке нейрофизиологических механизмов. Кстати, по ходу и этих исследований данное положение постоянно подтверждалось (Бехтерева и др., 1983). Тех, кто знаком с соответствующей литературой, не должны удивлять наши данные о связи подкорковых структур с психическими функциями. Такого рода данные представлены в работах Оджеманна и Федио (Ojemann, Fedio, 1968), Сем-Якобсена (Sem-Jacobsen, 1968), Оджеманна и Уорда (Ojemann, Ward, 1971), Ван Бурена (Van Buren, 1975), Мора и соавторов (Mohr et al., 1975), С. Н. Раевой и М. Н. Ливанова (1975), Риклана и Купера (Riklan, Cooper, 1975), Оджеманна (Ojemann, 1976, 1977b), A. P. Лурия (1977) и многих других.

Физиологические и анатомические основы этих связей, хотя и без акцента именно на данном вопросе, представлены в работах B. А. Черкеса (1969), Дивака (Divac, 1972), Н. В. Суворова (1973), C. Б. Дзугаевой (1975) (рис. 4, 5 – данные С. Б. Дзугаевой), Б. Ф. Толкунова (1978) и др.

Рис. 4. Схема проводящих путей и связей зрительного анализатора с другими образованиями мозга человека

1 – сетчатка; 2 – зрительный нерв; 3 – перекрест зрительных нервов; 4 – зрительный тракт; 5 – боковое коленчатое тело; 6 – подушка зрительного бугра; 7 – верхние бугорки четверохолмия; 8 – зрительный бугор; 9 – кора; 10 – скорлупа; 11 – бледный шар; 12 – хвостатое ядро; 13 – переднее ядро зрительного бугра; 14 – боковое ядро зрительного бугра; 15 – медиальное ядро зрительного бугра; 16 – срединный центр; 17 – полулунное ядро; 18 – неопределенная зона; 19 – субталамическое ядро; 20 – красное ядро; 21 —черное вещество; 22 – миндалевидное ядро

Однако для обоснования принципов структурно-функциональной организации мозга необходимо было и выявление механизмов, факторов надежности мозга и мозговых систем, и построение хотя бы теоретических предположений о том, как, возникнув в процессе эволюции, мог сохраниться орган с таким количеством степеней свободы, с такой избыточностью. Этим вопросом наша лаборатория целенаправленно занимается с начала 70-х годов (Бехтерева, 1971). Что касается механизмов надежности мозговых систем, то, по-видимому, первым обусловливающим их фактором является уже доказанный факт обеспечения различных функций мозга не одной структурой, а системой со многими звеньями различной степени необходимости. Наличие системы допускает принципиальную, хотя нередко и трудно реализуемую возместимость потери ее отдельного звена. По-видимому, хотя разрушение (лечебный лизис) даже нескольких гибких звеньев мозговых систем обеспечения психических функций может не вызывать заметного дефекта, наличие таких звеньев – и прежде всего с точки зрения возможностей функционирования системы в разных условиях внешнего мира и внутренней среды мозга – также является одним из факторов надежности. Фактором, обеспечивающим увеличение возможностей мозга в целом и надежности мозговых систем, является их медиаторная полибиохимичность при преимущественном значении какого-то определенного вида медиации для системы, обеспечивающей какой-то, также определенный вид деятельности.

Рис. 5. Схема проводящих путей и связей слухового анализатора с другими образованиями мозга. 1 – предвернослуховой нерв; 2 – дорсальное улитковое ядро; 3 – вентральное улитковое ядро; 4 – верхняя олива; 5 – трапециевидное тело; 6 – ядро боковой петли; 7 – медиальное коленчатое тело; 8 – нижние бугорки четверохолмия; 9 – кора; 10 – скорлупа; 11 – бледный шар; 12 – хвостатое ядро; 13 – переднее ядро зрительного бугра; 14 – боковое ядро зрительного бугра; 15 – медиальное ядро зрительного бугра; 16 – срединный центр; 17 – полулунное ядро; 18 – неопределенная зона; 19 – субталамическое ядро; 20 – красное ядро; 21 – черное вещество; 22 – миндалевидное ядро; 23 – ограда

Важнейшим фактором надежности мозга служит полифункциональность многих его структурных образований или, точнее, их нейронных популяций, которая предопределяет не только возможность возникновения новых звеньев мозговых систем в процессе обучения, но и объединения мозговых структур в функциональные системы, позволяя формировать в мозгу своего рода «перекрестки или узловые станции». Следует, однако, признать, что все эти четыре фактора надежности имеют относительный характер и, что важно учитывать, взаимодополняющий.

По-видимому, факторы надежности абсолютного значения найти так же невозможно, как невозможно создать вечный двигатель. Даже если бы все клетки мозга и все их контакты можно было бы при обучении задействовать в любых желаемых направлениях, конечное количество этих клеток и контактов явилось бы ограничением, хотя в биологических размерностях оно и воспринимается как бесконечно большое. Однако, несмотря на то что целенаправленное включение любых клеток, зон и структур мозга невозможно, само количество клеточных элементов и их контактов несомненно служит одним из важнейших факторов надежности мозга. И наконец, можно утверждать, что важнейшим фактором надежности мозговых систем, их элементов является групповой ансамблевый характер их организации.

В обобщающем руководстве 1977 года П. Г. Костюк пишет, что механизм образования временны́х связей, по-видимому, бесполезно искать в синаптических процессах отдельной корковой клетки, реальнее выявить его при изучении поведения целой их совокупности, в связи с чем интерес представляет исследование активности не отдельных клеток, а их популяций.

Принцип ансамблевой организации нервной системы выдвигается и развивается А. Б. Коганом (1970, 1972, 1973) и поддерживается очень многими исследователями (John, 1976, 1977; Shaw, 1977). Так, Джон пишет об ансамблевой организации нейронов в обеспечении высшей нервной деятельности, а значение нейронов в этом случае определяется их участием в ансамбле. Шоу (Shaw, 1977) подчеркивает роль модификации синапсов и электротонических контактов в организации ансамблей. Элемент системы представлен не одной клеткой, а динамическим, функционалыно объединенным сообществом нейронов, в котором имеются и различные дублирующие друг друга клетки. Мы еще далеки от раскрытия природы появления у функционально объединенной группы клеток свойств, отличных от свойств суммы клеток. Предстоит еще немало работы по выяснению этого важнейшего не только для физиологии, но и общей биологии вопроса. Однако ансамблевый принцип с вероятностным функционированием не самого ансамбля, а возможностью вероятностного включения однотипных нейронов в сходных условиях, их взаимодействия также с группой однотипных нейронов в пределах динамического ансамбля, возможности которого определяются нейронной популяцией, на основе которой он формируется, – исключительно значимый фактор надежности звена системы.

Процессы, протекающие внутри ансамбля и формирующие кодовые элементы (Бехтерева и др., 1977а), можно себе представить пока условно следующим образом. По различным причинам создаются условия для включения в деятельность одного или группы однотипных нейронов данной популяции. Далее формирование в ансамбле более или менее сложного рисунка разрядов с определенными интервалами связано с квантующей ролью синаптической передачи или включением другой группы нейронов популяции, детерминированной иным свойством сложного сигнала. О различиях близко расположенных клеток в глубоких структурах и их объединении специфическими связями по крайней мере по отношению к одному из глубоких образований мозга (ретикулярной формации) писал в 1977 году П. Г. Костюк. Иными словами, вслед за активацией нейрона (нейронов) одного типа возникает активация нейрона (нейронов) второго, затем третьего типа, возможно – четвертого. Включаются различные механизмы положительной и тормозной связи – идет мозговое описание сложного внешнего сигнала по схеме, скорее всего близкой к предложенной на основе экспериментальных разработок Эммерсом (Emmers, 1970). В популяции, ансамбле может быть, естественно, и большее, и меньшее количество групп сходных нейронов, но это уже выходит за рамки принципов структурно-функциональной организации мозга, рассматриваемых в данной главе.

Хорошо известно, как важна постоянная деятельность органа и его элементов для сохранения его возможностей и как до обидного легко наступает утрата этих возможностей без тренировки у отдельного индивидуума. А следующий вновь появляется на свет со всеми теми же предпосылками развития. Видовые потери происходят более сложно, здесь включаются другие механизмы. Однако для того чтобы какой-то орган не только не утратил своих первоначальных возможностей (а, по-видимому, в отношении мозга человека это так), но и мог развивать их в онтогенезе, в самом мозгу должен существовать какой-то механизм. В данном случае можно думать и о том, что механизм, исключительно важный для индивидуального развития и сохранения возможностей мозга индивидуума для обучения, играет какую-то роль и в сохранении возможностей вида. Речь идет о следующем.

Известно, что в мозгу – и не только человека – есть механизм, обеспечивающий избыточные возможности при встрече с каждой новизной. Те, кому удалось «подсмотреть», что происходит в мозгу момент, когда обстановка оказывается новой, когда неожиданно совершается переход к старой обстановке, когда есть хоть какие-нибудь основания для того, чтобы удивиться, могут сказать, что мозг в этих случаях как бы проигрывает массу готовностей к новой ситуации.

В это время активируется огромное количество нервных элементов, включается масса связей между различными зонами мозга. Весьма вероятно, что такая реакция на новизну и является чем-то вроде естественной тренировки мозга, вроде механизма, который, обеспечивая избыточную готовность к каждой конкретной, даже маленькой новизне данной минуты, сохраняет возможности индивидуума к обучению на протяжении большей части жизни. А может быть, сохранил в прошедшие долгие века и видовые возможности мозга человека? Этим не исчерпываются, безусловно, все механизмы надежности мозга. В книге Л. П. Гримака (1978) экспериментально подтверждено высказанное нами в 1971 году предположение о возможности работы мозга по разным шкалам времени.

В 1971 году в этом плане мы рассмотрели пример Арраго, на глазах у изумленных зрителей осуществлявшего буквально в секунды сложнейшие математические операции. Этот пример – не единственный. В «Литературной газете» (№ 29, 19 июля 1978 года) была опубликована статья об инженере Ю. З. Приходько, соперничающем по быстроте осуществления сложных вычислительных операций с ЭВМ. Увы, в век компьютерной техники его удивительные возможности не находят должного применения. Мы полагаем, что объяснить эти феномены можно, предположив, что человек решает задачи принципиально по тем же алгоритмам, что и обычно, но по другой шкале времени, на которую без его ведома (бессознательно) переключается мозг, причем, возможно, и не целиком, а в пределах структур и систем, необходимых для данной деятельности. Вполне понятно, что этот вопрос не только интересно, но и очень важно исследовать возможно детальнее.

Вопрос о надежности работы мозга важен не только для раскрытия законов в теоретической науке о мозге. Он важен для практики медицины. Он важен для кибернетики и, вероятно, для многих других областей науки.