2014-03-05

Що знає наука про мозок

2.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 2.50 (2 голосів)

Мозок

Незважаючи на всі досягнення сучасної науки, людський мозок залишається найзагадковішим об'єктом.

Проблема дослідження мозку людини, співставлення мозку і психіки - одне з найбільш захоплюючих завдань, які коли-небудь виникали в науці. Вперше поставлена мета пізнати щось, рівне за складністю самому інструменту пізнання. Адже все, що досі досліджувалося - і атом, і галактика, і мозок тварини - було простіше, ніж мозок людини. З філософської точки зору невідомо, чи можливе в принципі вирішення цього завдання. Адже, крім приладів та методів, головним засобом пізнання мозку залишається знову-таки наш людський мозок. Зазвичай прилад, який вивчає якесь явище чи об'єкт, складніший за цей об'єкт, в цьому ж випадку ми намагаємося діяти на рівних - мозок проти мозку.

Грандіозність завдання приваблювала багато великих людей: про принципи роботи мозку висловлювалися і Гіппократ, і Арістотель, і Декарт та багато інших.

У минулому столітті були виявлені зони мозку, що відповідають за мову, які за іменем відкривачів названі областями Брока і Верніке. Були зроблені великі відкриття, але можливості методик того часу для вивчення людських функцій були досить обмежені: психологічні тести, клінічні спостереження і починаючи з тридцятих років електроенцефалограма. Це все одно, що намагатися дізнатися, як працює телевізор, за гудінням ламп і трансформаторів або за температурою футляру, або спробувати зрозуміти роль складових його блоків, виходячи з того, що станеться з телевізором, якщо цей блок розбити.

Однак будову мозку, його морфологію вивчили вже досить добре. А ось уявлення про функціонування окремих нервових клітин були дуже уривчастими. Таким чином, не вистачало повноти знань про цеглинки, складові мозку, і необхідних інструментів для їх дослідження.

Реально перший прорив у пізнанні мозку людини був пов'язаний із застосуванням методу довгострокових і короткострокових імплантованих електродів для діагностики та лікування хворих. У той же час вчені почали розуміти, як працює окремий нейрон, як відбувається передача інформації від нейрона до нейрона.

Так були отримані дані про життя окремих зон мозку, про співвідношення його найважливіших розділів - кори і підкірки та багато інших. Однак мозок складається з десятків мільярдів нейронів, а за допомогою електродів можна спостерігати лише за десятками, та й то в поле зору дослідників часто потрапляють не ті клітини, які потрібні для дослідження, а ті, що опинилися поряд з лікувальним електродом.

Тим часом у світі відбувалася технічна революція. Нові обчислювальні можливості дозволили вивести на новий рівень дослідження вищих функцій мозку за допомогою електроенцефалографії і викликаних потенціалів. Виникли і нові методи, що дозволяють "заглянути всередину" мозку: магнітоенцефалографія, функціональна магнітно-резонансна томографія і позитронно-емісійна томографія. Все це створило фундамент для нового прориву. Він дійсно стався в середині вісімдесятих років.

У цей час науковий інтерес і можливість його задоволення збіглися. Мабуть, тому Конгрес США оголосив дев'яності роки десятиріччям вивчення людського мозку. Ця ініціатива швидко стала міжнародною. Зараз в усьому світі над дослідженням людського мозку трудяться сотні кращих лабораторій.

Головний напрямок діяльності: фундаментальні дослідження організації мозку людини і його складних психічних функцій - мови, емоцій, уваги, пам'яті. Але не тільки. Одночасно учені повинні вести пошук методів лікування тих хворих, у яких ці важливі функції порушені.

Неприпустимо ставити експерименти на людині. Тому велика частина досліджень мозку проводиться на тваринах. Однак є явища, які можуть бути вивчені лише на людині. Наприклад обробку мови, її орфографію і синтаксис у різних структурах мозку, погодьтеся, важко досліджувати на щурах.

Але буває так, що хвороба або нещасний випадок самі "ставлять експеримент" на людському мозку - наприклад, у хворого порушується мовлення або пам'ять. У цій ситуації можна і потрібно досліджувати ті області мозку, робота яких порушена. Або, навпаки, у пацієнта загублений або пошкоджений шматочок мозку, і вченим надається можливість вивчити, які свої "обов'язки" мозок не може виконувати з таким порушенням.

У двадцятому столітті людина почала активно змінювати навколишній світ, святкуючи перемогу над природою, але виявилося, що святкувати рано: при цьому загострюються проблеми, створені самою людиною, так звані техногенні. Ми живемо під впливом магнітних полів, при світлі миготливих газосвітних ламп, годинами дивимося на дисплей комп'ютера, говоримо по мобільному телефону... Все це далеко не байдуже для організму людини: наприклад добре відомо, що миготливе світло здатне викликати епілептичний припадок. Усунути шкоду, що наноситься при цьому мозку, можна дуже простими заходами - закрити одне око. Щоб різко знизити "вражаючу дію" радіотелефону (до речі, вона ще точно не доведена), можна просто змінити його конструкцію так, щоб антена була спрямована вниз і мозок не опромінювався.

Один з найсучасніших напрямів у дослідженнях - стереотаксіс. Це медична технологія, що забезпечує можливість малотравматичного, щадного, прицільного доступу до глибоких структур головного мозку і дозований вплив на них. Це нейрохірургія майбутнього. Замість "відкритих" нейрохірургічних втручань, коли щоб досягти мозку, роблять велику трепанацію, пропонуються малотравматичні, щадні впливи на головний мозок.

У розвинених країнах, насамперед у США, клінічний стереотаксіс зайняв гідне місце в нейрохірургії. У США в цій сфері сьогодні працюють близько 300 нейрохірургів - членів Американського стереотаксичного товариства. Основа стереотаксісу - математика і точні прилади, що забезпечують прицільне занурення в мозок тонких інструментів. Вони дозволяють "зазирнути" в мозок живої людини. При цьому використовується позитронно-емісійна томографія, магнітно-резонансна томографія, комп'ютерна рентгенівська томографія. Для стереотаксичного методу лікування дуже важливим є знання ролі окремих "точок" в мозку людини, розуміння їх взаємодії, знання того, де і що саме потрібно змінити в мозку для лікування тієї чи іншої хвороби.

Існують два види стереотаксісу. Перший, нефункціональний, застосовується тоді, коли в глибині мозку є якесь органічне ураження, наприклад, пухлина. Якщо її видаляти за допомогою звичайної техніки, доведеться зачепити здорові області, які виконують важливі функції структури мозку і хворому випадково може бути нанесена шкода, іноді навіть несумісна з життям. Припустимо, що пухлину добре видно за допомогою магніторезонансної і позитронно-емісійної томографії. Тоді можна розрахувати її координати і ввести за допомогою малотравматичного тонкого щупа радіоактивні речовини, які випалять пухлину і за короткий час розпадуться. Пошкодження при проході крізь мозкову тканину мінімальні, а пухлина буде знищена.

Принципово інша ситуація при "функціональному" стереотаксісі, який теж застосовується при лікуванні психічних захворювань. Причина хвороби часто полягає в тому, що одна маленька група нервових клітин або кілька таких груп працюють неправильно. Вони або не виділяють необхідні речовини, або виділяють їх дуже багато. Клітини можуть бути патологічно порушені, і тоді стимулюють "нехорошу" активність інших, здорових клітин. Ці клітини, що "збилися зі шляху", треба знайти і або знищити, або ізолювати, або "перевиховати" за допомогою електростимуляції. У такій ситуації не можна "побачити" уражену ділянку. ЇЇ треба вирахувати чисто теоретично, як астрономи вирахували орбіту Нептуна.

Саме тут особливо важливі фундаментальні знання про принципи роботи мозку, про взаємодію його ділянок, про функціональну роль кожної ділянки мозку. Зрозуміло, що втручатися в роботу такої системи дуже важко. Тим не менше зараз лікарі вже це вміють: наприклад, можуть створити новий центр мовлення замість зруйнованого при травмі.

При цьому відбувається своєрідне "перевиховання" нервових клітин. Справа в тому, що існують нервові клітини, які від народження готові до своєї роботи, але є й інші, які "виховуються" у процесі розвитку людини. Навчившись виконувати одні завдання, вони забувають інші, але не назавжди. Навіть пройшовши "спеціалізацію", вони в принципі здатні взяти на себе виконання якихось інших завдань, можуть працювати і по-іншому. Тому можна спробувати змусити їх взяти на себе роботу втрачених нервових клітин, замінити їх.

Нейрони мозку працюють як команда корабля: один добре вміє вести судно за курсом, другий - стріляти, третій - готувати їжу. Але ж і вояка можна навчити готувати борщ, а кока - наводити гармати. Потрібно тільки пояснити їм, як це робиться. У принципі це природний механізм: якщо травма мозку сталася в дитини, у неї нервові клітини мимовільно "переучуються". У дорослих же для "перенавчання" клітин потрібно застосовувати спеціальні методи.

Цим і займаються дослідники - намагаються стимулювати одні нервові клітини виконувати роботу інших, які вже не можна відновити. У цьому напрямку вже отримані хороші результати: наприклад, деяких пацієнтів з порушенням області Брока, що відповідає за формування мови, вдалося навчити говорити заново.

Інший приклад - лікувальний вплив психохірургічних операцій, спрямованих на "вимкнення" структур області мозку, що звуться лімбічною системою. При різних хворобах у різних зонах мозку виникає потік патологічних імпульсів, які циркулюють нервовими шляхами. Ці імпульси з'являються в результаті підвищеної активності зон мозку і такий механізм приводить до цілого ряду хронічних захворювань нервової системи, таких як паркінсонізм, епілепсія, нав'язливі стани. Шляхи, якими проходить циркуляція патологічних імпульсів, треба знайти і максимально обережно "вимкнути".

В останні роки проведено багато сотень (особливо в США) стереотаксичних психохірургічних втручань для лікування хворих, що страждають деякими психічними порушеннями (перш за все, нав'язливими станами), у яких виявилися неефективними нехірургічні методи лікування. На думку деяких наркологів, наркоманію теж можна розглядати як різновид такого роду розладу, тому у разі неефективності медикаментозного лікування може бути рекомендовано стереотаксичне втручання.

Дуже важливий напрям роботи - дослідження вищих функцій мозку: уваги, пам'яті, мислення, мовлення, емоцій.

Властиві тільки людині функції мозку досліджуються за допомогою різних підходів: використовується "звичайна" електроенцефалограма, але на новому рівні картування мозку, вивчення викликаних потенціалів, реєстрація цих процесів спільно з імпульсною активністю нейронів при безпосередньому контакті з мозковою тканиною - для цього застосовуються імплантовані електроди і техніка позитронно-емісійної томографії.

У рамках цієї статті можна згадати тільки про найцікавіші результати, наприклад про детектори помилок. Кожен з нас стикався з його роботою. Уявіть, що Ви вийшли з дому і вже на вулиці Вас починає мучити дивне відчуття - щось не так. Ви повертаєтеся - так і є, забули вимкнути світло у ванній. Тобто, Ви забули виконати звичайну, стереотипну дію - клацнути вимикачем, і цей пропуск автоматично включив контрольний механізм у мозку.

Детекція помилок може стати і хворобою, коли цей механізм працює більше, ніж потрібно, і людині весь час здається, що вона щось забула.

У загальних рисах вченим сьогодні ясний і процес запуску емоцій на рівні мозку. Чому одна людина з ними справляється, а інша не може вирватися із замкнутого кола однотипних переживань? Виявилося, що у "стабільної" людини зміни обміну речовин у мозку, пов'язані наприклад з горем, обов'язково компенсуються спрямованими в інший бік змінами обміну речовин в інших структурах. У "нестабільної" ж людини ця компенсація порушена.

Дуже важливий напрям роботи - так зване мікрокартирування мозку. Вчені виявили навіть такі механізми, як детектор граматичної правильності осмисленої фрази. Наприклад, "блакитна стрічка" і "блакитний стрічка". Сенс зрозумілий в обох випадках. Але є одна "маленька, але горда" група нейронів, яка "панікує", коли граматика порушена, і сигналізує про це мозку. Навіщо це потрібно? Ймовірно тому, що розуміння мови часто йде в першу чергу за рахунок аналізу граматики. Якщо з граматикою що щось не так, надходить сигнал - треба проводити додатковий аналіз.

Знайдені мікроділянки мозку, які відповідають за рахунок, за розрізнення конкретних і абстрактних слів. Показані відмінності в роботі нейронів при сприйнятті слова рідної мови, квазіслова рідної мови і слова іноземного.

У цій діяльності по-різному беруть участь нейрони кори і глибоких структур мозку. У глибоких структурах в основному, спостерігається збільшення частоти електричних розрядів, не дуже "прив'язаних" до якоїсь певної зони. Ці нейрони ніби будь-яку задачу вирішують усім скопом. Зовсім інша картина в корі головного мозку. Один нейрон немов говорить: "Ану, хлопці, помовчіть, це моя справа і я буду виконувати її сам". І дійсно, у всіх нейронів, крім деяких, знижується частота імпульсації, а у "обранців" підвищується.

Завдяки техніці позитронно-емісійної томографії (ПЕТ або скорочено) стало можливим детальне вивчення одночасно всіх областей мозку, що відповідають за складні "людські" функції. Суть методу полягає в тому, що мала кількість ізотопу вводиться в речовину, яка бере участь в хімічних перетвореннях всередині клітин мозку, а потім спостерігають, як міняється розподіл цієї речовини в області мозку, що нас цікавить. Якщо до цієї області підсилюється приплив глюкози з радіоактивною міткою - значить, збільшився обмін речовин, що говорить про посилену роботу нервових клітин на цій ділянці мозку.

А тепер уявіть, що людина виконує якесь складне завдання, яке вимагає від нього знання правил орфографії або логічного мислення. При цьому у неї найбільш активно працюють нервові клітини в області мозку, "відповідальній" саме за ці навички. Посилення роботи нервових клітин можна зареєструвати за допомогою ПЕТ за збільшенням кровотоку в активізованій зоні. Таким чином вдалося визначити, які області мозку "відповідають" за синтаксис, орфографію, зміст промови і за вирішення інших завдань. Наприклад, відомі зони, які активізуються при пред'явленні слів, неважливо, треба їх читати чи ні. Є і зони, які активізуються, щоб "нічого не робити", коли, наприклад, людина слухає розповідь, але не чує її, стежачи за чимось іншим.

Не менш важливо зрозуміти як "працює" увага у людини. Щоб зрозуміти, про що йдеться, уявіть ситуацію: мисливець крадеться лісом, вистежуючи здобич. Але він і сам є здобиччю для хижого звіра, якого не помічає, тому що налаштований тільки на пошук оленя або зайця. І раптом випадковий тріск у кущах, можливо і не дуже помітний на тлі пташиного щебету і шуму струмка, миттєво перемикає його увагу, подає сигнал: "Поруч небезпека". Механізм мимовільної уваги сформувався в людини в глибоку давнину як охоронний механізм, але працює і зараз: наприклад, водій веде машину, слухає радіо, чує крики дітей, що граються на вулиці, сприймає всі звуки навколишнього світу, його увага не сконцентрована, і раптом тихий стук мотора миттєво перемикає його увагу на машину - він усвідомлює, що з двигуном щось не так (до речі, це явище схоже на детектор помилок).

Такий перемикач уваги працює у кожної людини. Якщо механізми мимовільної уваги порушується, то можна говорити про хворобу. Є діти з так званим дефіцитом уваги та гіперактивністю. Це важкі діти, частіше хлопчики, які не можуть зосередитися на уроці, їх часто лають вдома і в школі, а насправді їх потрібно лікувати, тому що у них порушені певні механізми роботи мозку. Ще недавно це явище не розглядалося як хвороба і кращим методом боротьби з ним рахувалися "силові" методи. Зараз можна не тільки визначити це захворювання, а й запропонувати методи лікування дітей з дефіцитом уваги.

Однак хочеться засмутити деяких молодих читачів. Далеко не кожна витівка пов'язана з цим захворюванням, і тоді... "силові" методи виправдані.

Крім мимовільної уваги є ще й селективна. Це так звана "увага на прийомі", коли всі навколо говорять разом, а Ви стежите тільки за співрозмовником, не звертаючи уваги на нецікаве Вам базікання сусіда праворуч. Під час експерименту випробувані розповідають історії: в одне вухо - одну, в інше - іншу. Ми стежимо за реакцією на історію то у правому вусі, то в лівому і бачимо на екрані, як радикально змінюється активізація областей мозку. При цьому активізація нервових клітин на історію в правому вусі значно менша - тому, що більшість людей беруть телефонну трубку в праву руку і прикладають її до правого вуха. Їм стежити за історією в правому вусі простіше, треба менше напружуватися, мозок збуджується менше.

Ми часто забуваємо очевидне: людина - це не тільки мозок, а ще й тіло. Не можна зрозуміти роботу мозку, не розглядаючи все багатство взаємодії мозкових систем з різними системами організму. Іноді це очевидно - наприклад, викид в кров адреналіну змушує мозок перейти на новий режим роботи. У здоровому тілі - здоровий дух - це саме про взаємодію тіла і мозку. Однак далеко не все тут зрозуміло. Вивчення цієї взаємодії ще чекає на своїх дослідників.

Сьогодні можна сказати, що ми добре уявляємо, як працює одна нервова клітина. Багато білих плям зникли і на карті мозку, визначені області, що відповідають за психічні функції. Але між клітиною і областю мозку знаходиться ще один, дуже важливий рівень - сукупність нервових клітин, ансамбль нейронів. Тут поки що багато неясного. За допомогою ПЕТ можна простежити, які області мозку "включаються" при виконанні тих чи інших завдань, а от що відбувається всередині цих областей, які сигнали посилають одна одній нервові клітини, в якій послідовності, як вони взаємодіють між собою - про це вчені поки знають мало. Хоча певний прогрес є і в цьому напрямку.

Раніше вважали, що мозок поділений на чітко розмежовані ділянки, кожна з яких "відповідає" за свою функцію: це зона згинання мізинця, а це зона любові до батьків. Ці висновки ґрунтувалися на простих спостереженнях: якщо дана ділянка пошкоджена, то і її функція порушена. З часом стало зрозуміло, що все більш складно: нейрони всередині різних зон взаємодіють між собою дуже складним шляхом і не можна здійснювати скрізь чітку "прив'язку" функції до області мозку в тому, що стосується забезпечення вищих функцій. Можна лише сказати, що ця область має відношення до мови, до пам'яті, до емоцій. А сказати, що цей нейронний ансамбль мозку (не шматочок, а широко розкинута мережа) і тільки він відповідає за сприйняття літер, а цей - слів і речень, поки не можна. Це завдання майбутнього.

Робота мозку щодо забезпечення вищих видів психічної діяльності схожа на спалах салюту: ми бачимо спочатку безліч вогнів, а потім вони починають гаснути і знову загорятися, перемигуючись між собою, якісь шматочки залишаються темними, інші спалахують. Так само і сигнал збудження посилається в певну область мозку, але діяльність нервових клітин усередині неї підпорядковується своїм особливим ритмам, своїй ієрархії. У зв'язку з цими особливостями руйнування одних нервових клітин може виявитися непоправною втратою для мозку, а інші цілком можуть замінити сусідні нейрони. Кожен нейрон може розглядатися тільки всередині всього скупчення нервових клітин.Зараз основне завдання - розшифровка нервового коду, тобто розуміння того, як конкретно забезпечуються вищі функції мозку. Швидше за все, це можна буде зробити через дослідження взаємодії елементів мозку, через розуміння того, як окремі нейрони об'єднуються в структуру, а структура - в систему і в цілісний мозок. Це головне завдання нашого століття.

За матеріалами nkj.ru.

Відвідайте сайт Шпаргалки.

Коментарі:

blog comments powered by Disqus