Рис. 6. Портрет Эразистрата (Дидье Декуэн, 1860). Эразистрату принадлежит первая в истории попытка сформулировать психофизиологическую концепцию механизма сознания: душа (пневма) располагается в желудочках мозга, самым главным из которых является четвертый
Гиппократ (рис. 7) считал, что в мозгу имеется три желудочка, каждый из которых занят обеспечением конкретного вида деятельности. Провидение гения: интеллект он «разместил» в переднем желудочке, то есть во фронтальной коре (рис. 8), куда его «помещают» и по сей день.
Рис. 7. Гиппократ (ок. 460 до н. э. – ок. 370 до н. э.). Крупнейший врач эпохи Античности, прозванный «отцом медицины»
Рис. 8. Модель трех желудочков Гиппократа. В переднем желудочке – интеллект
Скорее всего, представления древних о роли мозга связаны с тем, что функции остальных органов были более или менее понятны (сердце – насос и т. п.). С другой стороны, наблюдения показывали, что повреждение именно мозга приводило к расстройствам психики. Кстати, именно это соображение и, конечно, боевые раны привели к развитию нейрохирургии у древних. Пластинками закрывали травмы черепа, и наоборот, для выпускания «злого духа» в черепе сверлили отверстия. Последнее уже в чистом виде можно назвать психохирургией. Несмотря на общий уровень медицины того времени, археологи находят черепа людей, не только выживших, но и долго проживших после таких операций (рис. 9, 10).
Рис. 9. Трепанация черепа в эпоху неолита (археологические находки, Южная Америка)
Рис. 10. Трепанация черепа в эпоху Средневековья (иллюстрация из медицинской рукописи, Франция, XIV век)
В XVII веке Декарт (1596–1650), задаваясь вопросами о том, как «животные духи», содержащиеся в нервах и мышцах, обеспечивают управление организмом, как мозг регулирует бодрствование и сон, как внешний мир с его разнообразием звуков, цветов, запахов воздействует на ощущения и влияет на мир идей, по сути, предложил идею рефлекса. Разделяя понятия тела и разума, он пытался решить проблему их соотношения, то есть психофизиологическую проблему, и предложил эпифиз (6) на роль вместилища души.
Однако, пожалуй, первой научной гипотезой обеспечения мозгом психической деятельности – не психологической, а именно физиологической гипотезой, основанной на анализе работы мозга, – была многократно высмеянная френология (7). Основателем ее был Франц Йозеф Галль (1758–1828) – австрийский врач и анатом (рис. 11).
Рис. 11. Франц Йозеф Галль (1757–1828) – австрийский врач и анатом, основатель френологии – учения о взаимосвязи между психикой человека и строением поверхности его черепа
В ее основе лежит здравая мысль о том, что определенные функции обеспечивают конкретные участки мозга. По сути, такое направление современных нейронаук, как картирование мозга, основано на развитии этой гипотезы (рис. 12). Строго говоря, локализационизм (так называется это направление по-научному) в чистом виде не прошел проверку временем, так же как и холизм (представление, что весь мозг занимается каждой из задач), и сегодня говорят скорее о системном подходе. То есть каждая функция обеспечивается не одним участком, а распределенной системой. (Об этом чуть позже.) Однако двести лет назад такая гипотеза была более чем прогрессивна.
Рис. 12. Американский френологический журнал (1880)
Далее делался логичный вывод, что если какая-то функция развита сильнее, то и соответствующий участок будет больше. (Сейчас можно было бы сказать, что не участок больше, а система сложнее, что усложнение – это не обязательно гипертрофия.) Гипотеза была ошибочна, но вполне правдоподобна и логична. И далее предполагалось, что гипертрофия участка коры «выдавит» череп и в этом месте появится шишка. Для измерения головы даже был изобретен специальный прибор, определяющий локализацию неровностей (рис. 13).
Рис. 13. Психограф – френологический аппарат для считывания рельефа головы
Сегодня, когда опубликованы результаты исследований, доказывающие отсутствие какой-либо корреляции между формой мозга и черепа, легко критиковать гипотезы френологии. Но в то время она, несомненно, сыграла положительную роль, поскольку способствовала поиску закономерностей в работе мозга.
Кстати, это один из хороших примеров опасности применения логики в науке о мозге. Дело в том, что логика имеет дело скорее с моделью, чем с реальной системой. Поэтому логические построения хороши тогда, когда мы знаем принципы и правила работы системы. А мы-то их не знаем! Именно поэтому логичная и правдоподобная френология оказалась несостоятельной. Логичность или нелогичность теории в науке о мозге не может считаться критерием ее верности. Хотя нам известно о мозге достаточно много, мы не знаем основных принципов его работы, и в частности – как поведение нейронов преобразуется в мысль. Логика – наука точная, где существуют строгие правила. Если они применяются правильно, то ее выводы непогрешимы. Однако крайне важны исходные основания для ее применения. Если мы постулируем, что пространство плоское, то появляется евклидова геометрия (8), если рассматриваем сферу, то геометрия Римана (9). Вообще почти все законы физики и химии представляют собой упрощенные модели. Даже в точной физике закон Ома гласит: «Сила тока пропорциональна напряжению». На самом же деле, если делать его экспериментальную проверку, то в результате получим, что сила тока при определенных условиях, в определенном диапазоне напряжений приблизительно пропорциональна приложенному напряжению. (Именно такой результат я получил, когда на физфаке нас учили проводить экспериментальные исследования.)
Огромное преимущество физики в том, что, как правило, мы знаем, чем можно пренебречь при построении модели, поскольку существует общая теория. В биологии (тем более в физиологии мозга человека) мы еще далеки от создания такой теории. Мы не всегда знаем, что оказывает значительное влияние, а чем можно пренебречь. Кроме того, есть множество данностей, которые не объяснить логически. Например, почему у человека пять пальцев? Шесть пальцев были бы также логичны. Очень многие особенности строения организма человека и животных, по-видимому, обусловлены мутацией в генах, которая закрепилась, и дальше развитие пошло в ту или иную сторону, то есть обусловлено случайностью. А затем уже начинают действовать логичные законы. Пример френологии показывает, как правильные логические построения приводят к неверному выводу, поскольку базируются на неверных предпосылках.
И все же вернемся к локализационизму. Значимым до сего дня прорывом в исследованиях работы мозга были клинико-анатомические сопоставления, сделанные учеными Полем Брока (рис. 14) и Карлом Вернике (рис. 15).
Рис. 14. Поль Пьер Брока (1824–1880) – французский хирург, этнограф, анатом и антрополог
Рис. 15. Карл Вернике (1848–1905) – немецкий психоневролог
Они сопоставляли локализацию некоторых поражений мозга (травм) с изменениями психических функций. Оказалось, что поражение определенных областей в левом полушарии приводило к нарушениям речи. Поль Брока в 1861 году опубликовал результаты исследования больного с поражением мозга, потерявшего способность говорить. В 1873 году Карл Вернике опубликовал результаты исследования больного с поражением мозга, потерявшего способность понимать речь. Эти области, отвечающие за речь, так и названы: областями Брока и Вернике (рис. 16).
Рис. 16. Области головного мозга, отвечающие за обработку речи: 1 – зона Брока, отвечающая за артикуляцию; 2 – зона Вернике, отвечающая за понимание речи на слух
Казалось бы, вот оно: найдены центры речи! Задумаемся, что это такое – области, отвечающие за речь. Это зоны мозга, поражение которых приводит к нарушениям в артикуляционной речи (Брока) и в восприятии речи на слух (Вернике).
Вспоминается известный анекдот про исследование слуха у тараканов. Хлопнули в ладоши – они побежали. Оторвали ноги. Снова хлопнули в ладоши – не бегут. Значит, слух в ногах. Абсурд. Это показывает ограниченность клинико-анатомических сопоставлений. Кстати, позже выяснилось, что слуховыми органами у тараканов и правда являются ноги. Вот так…
Последующие исследования и многочисленные сопоставления показали, что области Брока и Вернике действительно имеют отношение к речи. Но оказалось также, что система мозгового обеспечения речи ими далеко не ограничивается. Дело в том, что клинико-анатомические сопоставления основаны на соотношении крупных поражений мозга и серьезных нарушений функций. Однако современный набор методов исследования позволяет регистрировать тонкие сигналы, связанные с работой мозга. В нашей лаборатории мы наблюдали сигналы, связанные с обеспечением грамматики речи в области, традиционно ассоциировавшейся с обеспечением движения и чувствительности. Это значит, что деятельность мозга управляется не центрами, а распределенной в пространстве и изменчивой во времени системой. (Это один из результатов моей докторской диссертации.)
Тем не менее исследователям удалось описать различающиеся между собой области мозга. В коре – это зоны, состоящие из клеток определенного вида, отличающихся одна от другой (рис. 17). Это так называемые поля, или зоны, Бродмана, названные по имени описавшего их ученого.
Рис. 17. Корбиниан Бродман в 1909 году разделил кору головного мозга на 52 зоны по функциональному значению
В различных областях мозга преобладают нейроны различного вида (рис. 18). Плотность клеток определенного типа изменяется от одной области к другой. Это было использовано Бродманом для выделения определенных областей коры мозга.
Рис. 18. Типы нейронов: 1 – мультиполярные нейроны; 2 – биполярные нейроны; 3 – униполярные нейроны; 4 – безаксонные нейроны
Сейчас благодаря развитию технологий гистологических исследований известно, что поля Бродмана не являются однородными образованиями и подразделяются на области и зоны. Особенно это характерно для лобной доли.