Глава 7
Устройство для перезагрузки мозга
Использование нейронной саморегуляции для уменьшения патологических симптомов

Сначала он заметил, что ему становится трудно петь, что было настоящим кошмаром, так как пение было смыслом его жизни и единственным источником дохода. Потом он уже совсем не мог петь и лишь произносил слова. Еще через два года его голос стал тихим и тонким, так что он мог издавать только короткие, еле слышные фразы.

«Было мучительно видеть, как он теряет свой чудесный певческий голос, просто сердце разрывалось, – говорит Пэтси Хасманн, которая пятьдесят лет была его женой. – Я любила этот голос». Рон Хасманн был известным певцом на Бродвее, исполнявшим песни на телевидении и для кинофильмов; в 1960–1970-е годы его глубокий баритон можно было слышать повсюду. Он пел в «Камелоте» вместе с Робертом Гуле. Он был одной из звезд мюзикла «Годы Гершвина» вместе с Фрэнком Синатрой, Этель Мерман и Морисом Шевалье. Он блистал на Бродвее в мюзикле «Злачное место» и работал с ведущими актрисами, в том числе с Дебби Рейнольдс, Джули Лондон, Бернадетт Питерс и Джулиет Проуз, в полудюжине других бродвейских шоу. Он совершал концертные туры в качестве солиста на постановках «Сладкой Ирмы», «Плавучего театра», «Южной Пацифики» и «Оклахомы». В какой-то момент он появлялся в тринадцати рекламных роликах одновременно, участвовал в «Шоу Эда Салливана» и таких сериалах, как «Доктор Килдэр», «Стань умным», «ФБР», «Ровно в двенадцать часов» и «Аплодисменты». Он даже снимался в мыльных операх вроде «Поисков завтрашнего дня» и «Пока вращается мир». Когда Рон пел без микрофона в театральном зале на 3000 зрителей, каждый мог слышать его голос, в то время как другие исполнители не могли выступать без микрофона.

Басовый регистр начинает приобретать глубокое звучание после тридцати лет жизни певца и полностью раскрывается после сорока лет. Рон находился на пике формы в сорок четыре года, когда «все остановилось».

Как бывает со многими людьми, которые в конце концов получают диагноз «рассеянный склероз» (РС), врачам понадобилось целых девять лет для понимания того, что утрата голоса наряду с целым букетом других симптомов была следствием РС. При рассеянном склерозе иммунная система, вместо положенной атаки на инородные тела, обращается против головного и спинного мозга и атакует жировую (миелиновую) оболочку вокруг аксонов нервных клеток. Эта миелиновая оболочка играет роль изолятора и ускоряет прохождение электрических импульсов по нервному волокну от пятнадцати до трехсот раз. Нападение иммунной системы повреждает миелиновую оболочку и сам нерв, который она окружает; на месте повреждений образуются рубцы. (Слово «склероз» (sclerosis) означает «затвердевший и похожий на шрам».) Поскольку антитела могут атаковать миелин почти в любом месте головного и спинного мозга, то каждый пациент получает свой вариант РС, и симптомы болезни могут развиваться по-разному. Глубокий баритон Рона лишился своей красоты после серии таких атак. Сначала стали исчезать средние тона, а потом он внезапно лишился низких тонов, которые больше всего красили его голос. Он обращался ко всем специалистам по голосу, которые обслуживают исполнителей. На сцене режиссеры давали ему микрофон, чтобы голос можно было услышать, но потом уже нечего было усиливать. К тому времени, когда его певческая карьера завершилась, диапазон его голоса охватывал только одну октаву.

Затем, из-за повреждения нервов, контролирующих мочевой пузырь, он утратил способность начинать или прекращать мочеиспускание. «Потребность как будто исчезла, и мне приходилось напоминать себе о ней. Не было никаких сигналов». Мышцы его тела постепенно атрофировались, он испытывал жжение и онемение рук и ног. Потом ему стало трудно ходить из-за дрожи в ногах. На представлении «Сладкой Ирмы», когда Джулиет Проуз по сигналу побежала через сцену и бросилась ему в объятия, он упал и серьезно повредил спину.

Мышцы его рук и ног становились все слабее, и ему пришлось начать ходить с тростью; потом понадобились две трости, больше похожие на костыли. Иногда ему приходилось пользоваться электрической тележкой, и он набрал двадцать три килограмма из-за отсутствия физической нагрузки. Вскоре начались проблемы с равновесием. Стоя с закрытыми глазами, он не мог держаться прямо. У него появились трудности с глотанием – еще один устрашающий симптом. Он все чаще давился едой, потому что ствол мозга, который координирует последовательное сокращение глотательных мышц, перестал работать надлежащим образом. Но худшим симптомом была постоянная усталость. Дошло до того, что он мог лишь шептать в телефонную трубку около минуты, а потом его голос прерывался.

Многочисленные области, где нервы воспалены и зарубцованы, а миелиновая оболочка повреждена, называются бляшками и хорошо видны на томограмме. МРТ мозга Рона показало, что много бляшек образовалось в стволе мозга, который находится прямо над спинным мозгом и является одной из наиболее плотно «укомплектованных» частей человеческого мозга. Как мы узнали в главе 4, ствол мозга – это подкорковый регион, регулирующий базовые функции жизнеобеспечения: дыхание, кровяное давление, уровень бодрствования, температуру тела и еще несколько столь же важных. Это также центральная нервная магистраль: через ствол мозга проходят почти все сигналы, идущие от мозга к телу и обратно. Черепные нервы помогают регулировать большинство моторных и сенсорных функций, которые ассоциируются с головой, – движение и фокусировку глаз, выражение лица, движение лицевых мышц и их ощущения, голосовые мышцы, чувство вкуса, слух и равновесие. Один из них – блуждающий нерв – опускается непосредственно из черепа в тело. Он регулирует пищеварение, активность вегетативной нервной системы и проявление реакции «борись или беги». Как мы сможем убедиться, он даже влияет на некоторые аспекты деятельности иммунной системы, которая защищает тело от инфекций и травм.

По случайному совпадению, школьный друг Рона тоже страдал рассеянным склерозом и имел проблемы с голосом. Теперь он был профессором на пенсии, жившим в Мэдисоне, и рассказал Рону, что в лаборатории Висконсинского университета изобрели странное устройство, которое кладут в рот для облегчения симптомов болезни. Он испытал это устройство на себе в ходе лабораторного исследования, и оно действительно помогло ему говорить громче. Изобретатели пользовались этим устройством для лечения целого ряда симптомов рассеянного склероза, не только проблем с голосом. В лаборатории с непривычным названием «лаборатория тактильной коммуникации и нейронной реабилитации» работали три человека: русский невролог (и бывший военнослужащий Советской Армии) Юрий Данилов, биомедицинский инженер (и бывший военный моряк) Митч Тайлер и электрик Курт Кацмазек.

Этих людей отобрал Пол Бах-и-Рита, основатель лаборатории. Недавно скончавшийся Бах-и-Рита был легендарной фигурой, одним из первых пропагандистов использования пластичности мозга для лечения болезней. Физик, работавший неврологом, он был первым среди ученых своего поколения, кто утверждал, что мозг сохраняет пластичность от колыбели до могилы, и пользовался этим пониманием для разработки устройств, способствовавших позитивным нейропластическим изменениям. Его устройства помогали слепым людям видеть и восстанавливали способность поддерживать равновесие у пациентов с механическими травмами мозга. Также в его лаборатории разработали компьютерные игры для пациентов, перенесших инсульт, чтобы они могли тренировать свой мозг и восстанавливать утраченные функции.

Когда Рон приехал в лабораторию, то увидел небольшую, скромно оборудованную комнату в старом здании. Она имела разгрузочную площадку перед входом, в коридоре шел ремонт, и по словам одного пациента, «это место не было похоже на дом научных чудес». Сам Рон думал: «Может быть, это сработает, а может, и нет. Что мне терять?» Члены группы изучили его медицинскую карту и провели тесты и записи, определявшие его способность ходить и сохранять равновесие. Они отвели его в университетскую лабораторию исследования голоса и записали его неразборчивую и прерывистую речь, которая отображалась как ряд маленьких точек на мониторе. После завершения всех необходимых тестов они достали устройство, о котором он слышал.

Оно было маленьким и умещалось в кармане рубашки. К нему была прикреплена тряпичная лента, и некоторые ученые носили его на шее как подвеску. Та часть, которую помещали в рот и клали на язык, напоминала широкую пластину жевательной резинки. На плоской нижней стороне находилось 144 электрода, которые испускали тройные электрические импульсы на частоте, приводящей к активизации максимального количества сенсорных нейронов языка. Эта плоская часть была подключена к электронной коробочке размером со спичечный коробок, которая находилась снаружи и была снабжена переключателями и световыми индикаторами. Юрий, Митч и Курт называли ее PoNS, пользуясь ироничным обозначением той части ствола мозга, которая называется pons (варолиев мост), одной из главных мишеней для их устройства. Акроним PoNS означает «портативный нейромодулирующий стимулятор», так как, задействуя пластичность мозга, он модифицирует и корректирует нейронные импульсы.

Ученые попросили Рона положить устройство в рот и стоять как можно прямее. Оно безболезненно стимулировало сенсорные рецепторы его языка волнами слабых импульсов. При этом возникало легкое покалывание, а когда оно исчезало, ученые крутили регулятор, немного усиливая ток. Через некоторое время они попросили Рона закрыть глаза.

После двух двадцатиминутных сеансов Рон смог тихо напевать мелодию. После четырех сеансов он снова мог петь, а в конце недели в полный голос исполнял «Старую реку».

Больше всего поражает, что после двадцати с лишним лет постепенного ухудшения состояния улучшение наступило так быстро. Рон по-прежнему страдал рассеянным склерозом, но теперь его нейронные сети функционировали гораздо лучше. Он приходил в лабораторию две недели с понедельника по пятницу, упражнялся со странным прибором, отдыхал и снова упражнялся. В первую неделю он проводил по шесть сеансов в день: четыре в лаборатории и два дома. Электронное тестирование его голоса показало значительное улучшение четкости и непрерывности речи. Другие симптомы рассеянного склероза тоже начали ослабевать. В день отъезда тот человек, который приплелся, опираясь на трость, станцевал чечетку перед учеными.

Я поговорил с Роном через два месяца после его возвращения в Лос-Анджелес. Он привез устройство с собой для тренировок и закрепления своих успехов. Теперь, когда его голос вернулся, он выпаливал слова; иногда мне приходилось просить его говорить помедленнее, чтобы я мог понимать сказанное.

– Вы можете представить, каково это: не петь двадцать семь лет подряд и вдруг снова запеть. Поразительно, что я мог связывать ноты и удерживать мелодию после четырех двадцатиминутных сеансов, я был так взволнован, что едва не разрыдался. Они просили меня напевать, пока эта штука находилась у меня во рту. Я постепенно осознавал, что мой голос становится сильнее. На следующий день Юрий сказал: «Вам не нужна эта трость». В тот же день я избавился от нее. На третий день я мог стоять с закрытыми глазами без какой-либо поддержки. Ко дню отъезда мой голосовой диапазон составлял две октавы. У меня был басовый баритон, и я снова мог брать нижнее «ми», как в то время, когда выступал перед зрителями, а когда я спел «Энни, бери свой пистолет», то добрался до «фа-диез». И… я снова мог громко петь! Я так распелся в лаборатории, что им приходилось затыкать уши. А теперь, когда я вечером выхожу гулять с собакой, то иду так быстро, что жена едва поспевает за мной.

Потом он спросил меня:

– Вы понимаете, что мы разговариваем уже целый час?

– Я не ожидал, что ваш голос будет звучать моложе, чем мой, – наконец сказал я. – Он звучит так, словно вы скинули несколько десятков лет.

Он немного подумал и рассмеялся:

– Что ж, может быть! Ведь я целых тридцать лет им не пользовался.

Прибор PoNS находится у меня во рту, когда я пишу эти слова, поскольку, как мне сказали, стимуляция обладает не только целебным эффектом, но и обостряет внимание, и мне хочется узнать его потенциал. Сигнал проникает лишь на 300 микрон под поверхность моего языка, стимулируя сенсорные нейроны, которые там находятся. (Микрон равен 0,001 миллиметра.) Устройство стимулирует нейроны как раз в достаточной степени, чтобы они посылали в мозг свои электрические сигналы, как это происходит, когда я кладу в рот еду и ощущаю ее вкус. Команда ученых годами трудилась над возможностью при помощи слабой электрической стимуляции вызвать активацию сенсорных нейронов, максимально близкую к той, которая возникает при прикосновении, с ритмичным чередованием серий из трех сигналов на частоте 200 Гц.

Но почему именно язык? Потому что, как обнаружили ученые, язык представляет собой самый прямой путь к активации мозга в целом.

Язык – один из самых чувствительных органов тела. «Когда плотоядные животные стали передвигаться по поверхности суши, то первыми точками контакта с окружающими предметами были язык и кончик носа, – указывает Юрий. – И то и другое предназначено для исследования окружающей среды путем близкого контакта. Масса животных, от жирафов до насекомых, активно пользуется языком, который может совершать очень точные движения, поэтому мозг имеет прочную связь с ним». Человеческие младенцы на оральной фазе развития пытаются познавать мир, засовывая предметы себе в рот и ощупывая их языком. На языке существует 48 видов сенсорных рецепторов, из них 14 только на кончике, для ощущения прикосновения, боли, вкуса и так далее. Эти сенсорные рецепторы передают электрические сигналы по нервным волокнам в мозг. По оценке Юрия, от кончика языка идет от 15,000 до 50,000 нервных волокон, создающих огромную информационную магистраль. Устройство располагается на первых двух третях языка, где проходят два нерва, получающие сенсорную информацию от языковых рецепторов. Первый, язычный нерв, воспринимает осязательные ощущения, а второй, отросток лицевого нерва, воспринимает информацию о вкусе.

Эти нервы являются частью системы черепных нервов, непосредственно связанной со стволом мозга, который находится в пяти сантиметрах за обратной стороной языка. Главные нервные проводящие пути, входящие в мозг и выходящие из него, встречаются в стволе мозга. Он тесно связан с областями, ответственными за обработку движения, ощущения, настроения, когнитивных процессов и равновесия. Таким образом, электрические сигналы, которые поступают в ствол мозга, могут одновременно активировать большую часть головного мозга. Исследования с использованием МРТ и ЭЭГ, проведенные учеными из округа Мэдисон на людях, которые пользовались устройством PoNS, показали, что через 400–600 миллисекунд мозговые волны стабилизируются и все части мозга начинают срабатывать одновременно. Многие проблемы в мозге возникают из-за сбоев совместной работы нейронных сетей или из-за их слишком слабой активации. Но часто мы не можем точно понять, какие именно нейронные сети плохо работают, даже имея результаты МРТ или КТ. Из-за пластичности каждый мозг имеет несколько разные связи на микроскопическом уровне. Поэтому когда сканирование мозга выявляет повреждение какой-то области мозга у данного пациента, мы не можем быть стопроцентно уверены, что именно происходит в этой области. «Но наша стимуляция языка активирует весь мозг, – говорит Юрий. – Поэтому даже если я не могу видеть, где находится повреждение, это не так уж важно. Устройство включает мозг целиком».

После того как ученые стимулируют мозг пациента, они придумывают упражнения, чтобы помочь человеку восстановить утраченную функцию. Пациенту всегда предлагают пользоваться устройством для стимуляции мозга при выполнении соответствующего упражнения. Рона просили напевать мелодию; человек с проблемами равновесия будет стоять на доске для балансирования с закрытыми глазами, а человек с нарушенной ходьбой попытается идти, а потом бежать по беговой дорожке.

У языка есть еще одна особенность, почти не представляющая интереса для западных клиницистов, но интересующая Юрия Данилова, русского члена команды исследователей. В течение тысячелетий язык играл важную роль для постановки диагнозов в китайской и восточной медицине, поскольку это внутренний орган, который можно наблюдать извне.

Китайцы считали, что в человеческом теле есть энергетические каналы, называемые меридианами, по которым проходит энергия ци. Два больших меридиана – «управляющий сосуд» и «центральный сосуд» – сходятся на нёбе у основания языка. Мастера боевых искусств, практики искусства тай-цзи и цигун, часто прижимают кончик языка к задней части нёба для связи с этими каналами, чтобы улучшить свои результаты. Меридианы выходят на поверхность кожи в акупунктурных точках. Эти акупунктурные точки, используемые в китайской медицине, оставались неизменными несколько тысяч лет. Но Юрий отмечает, что только сравнительно недавно было обнаружено, что несколько точек находятся на языке. Эти точки теперь используются в Гонконге для лечения травматических повреждений мозга, болезни Паркинсона, церебрального паралича, проблем со зрением и других неврологических расстройств. Специалисты по акупунктуре часто пользуются электрической стимуляцией (электроакупунктурой) вместо иголок; вероятно, американское устройство тоже действует как разновидность электроакупунктуры.

У Юрия Данилова рост больше ста восьмидесяти сантиметров, бритая голова и высокие монгольские скулы; от него исходит ощущение силы и невозмутимого спокойствия. Он родился в Иркутске, одном из старейших городов Сибири. Десять лет своего детства он провел за Полярным кругом, когда его родители, геологи-полярники, переехали в Норильск – промышленный город, построенный Сталиным. Половина местного населения побывала в ГУЛАГе, 100,000 заключенных похоронены в окрестностях города. Норильск – самый северный промышленный город в мире, и там бывает так холодно, что плевок замерзает на лету, не достигая земли. Личный температурный рекорд Юрия по пребыванию под открытым небом составляет –65° по Цельсию, нижнее значение шкалы термометра. После окончания университета в двадцать два года его отправили служить в Мурманск, который тоже находится за Полярным кругом. Иногда его военно-морское подразделение устраивало маневры на виду у арктических сил НАТО по другую сторону границы.

Научный интерес к восточной медицине появился у Юрия в раннем возрасте. Он рос в Сибири, и «там повсюду были китайцы со своими чаями и травами, мы пользовались китайскими лекарствами и акупунктурой в повседневной жизни». Еще в молодости он соорудил электрический прибор для определения акупунктурных точек на коже, регистрировавший изменения электрической активности над ними. Он пользовался акупунктурой для лечения зубной и головной боли.

Юрий стал успешным неврологом и работал в ведущей лаборатории страны в области зрительной неврологии в знаменитом Институте физиологии имени Павлова, который был частью АН СССР. Он получил кандидатскую степень по биофизике (что теперь позволяет ему работать с инженерами) и защитил докторскую диссертацию по неврологии в Институте имени Павлова. Его основной специальностью была зрительная неврология. Он проводил исследования нейропластических качеств зрительной системы мозга задолго до широкого признания того, что мозг имеет пластичную природу. По случайному совпадению, первая статья, которую он перевел на русский в 1975 году, принадлежала Полу Бах-и-Рите – человеку, основавшему лабораторию в Мэдисоне, где теперь работает Юрий. Он также хорошо изучил использование электрической стимуляции для лечения бессонницы и других проблем. Электрические приборы для улучшения сна, неизвестные на Западе, использовались в сотнях клиник по всему СССР.

Когда Юрий поступил в Институт имени Павлова, там работало две тысячи человек, в том числе пятьсот ученых, это был крупнейший интеллектуальный центр страны. Но экономический хаос, наступивший после развала СССР, привел к тридцатикратному сокращению штата сотрудников и почти довел некогда великий институт до полного крушения: больше не было денег на эксперименты, оборудование, электричество, содержание лабораторных животных, препараты или зарплаты. В начале 1990-х годов Юрий отправился в турне по шестнадцати американским университетам, где читал лекции о пластичности мозга и провел небольшую исследовательскую работу. Вернувшись в Россию, он нашел свою лабораторию опустевшей. Оборудование, на установку и наладку которого ушло двенадцать лет, животные, с которыми он работал, деньги на эксперименты – все пропало.

Когда Юрий приехал в Америку в 1992 году, он был единственным специалистом в своем роде. Он был опытным и закаленным неврологом, хорошо знакомым с восточными практиками движения, такими как йога, медитация и тай-цзи, и с русскими боевыми искусствами, включая систему, усовершенствованную российскими спецназовцами и телохранителями высших лиц государства. Пятнадцать лет спустя он обнаружил, что некоторые аспекты этих искусств, в сочетании с PoNS, могут быть чрезвычайно полезными для лечения неврологических расстройств и травм мозга, позволяя «перезагрузить» мозг пациентов.

В мэдисонской лаборатории Юрий работает непосредственно с пациентами, и по мере выявления сильных и слабых сторон устройства PoNS, делится этой информацией с коллегами, Митчем и Куртом.

Митч является биомедицинским инженером и координатором исследований группы. Он выполняет роль посредника между Юрием и другими медиками, которые сотрудничают с ними, и отвечает за научно-техническую базу исследований. Его задача – разобраться, как можно получать информацию через кожу.

Митч также занимается восточными боевыми искусствами, имеет черный пояс второй ступени и звание инструктора по таэквондо и ежедневно занимается осознанной медитацией. Он принимал участие в «холодной войне»: когда СССР запустил первый спутник, его выбрали как одного из самых способных молодых людей для участия в программе ускоренного изучения математики и технических наук. Потом он служил в американском флоте, где следил за русскими конвоями, субмаринами, эсминцами и коммуникациями. Митч и Юрий хорошо понимают друг друга: элегантный, изящный Митч, выросший в Калифорнии, и серьезный, прагматичный Юрий, выросший за Полярным кругом, похожи на две противоположности, которые притягиваются друг к другу. Митч понемногу учил русский с начальной школы, когда начал читать тезисы статей, недоступных на английском языке.

Сначала Митч учился на инженера высокотехнологичного электрического оборудования и не разбирался в биологии. «Я был немного высокомерным, – вспоминает он. – Кому нужна эта мягкотелая наука, клетки и прочие амебы? Я инженер! Мы собираемся покорить весь мир!» После автомобильной аварии в 1981 году, когда он получил трещину в позвоночнике и остался парализованным от пупка и ниже, его отношение изменилось. «Я был вне себя от ужаса, лежа в больничной палате и не чувствуя собственных ног. Я не знал, как работают нервы». Медсестра принесла ему экземпляр «Анатомии Грея», и «эта книга стала моей библией и зародила во мне интерес к тому, как я могу применить свое техническое знание работы электрических цепей к биологическим системам».

К 1987 году он совершенно поправился и стал работать в лаборатории Пола Бах-и-Риты. Пол был крупным мыслителем с далекоидущими идеями, и работа Митча хорошо дополняла его знания. Первым проектом Митча был проект в области сенсорной пластичности – разработка презерватива для людей с парализованными нижними конечностями, которые утратили чувствительность пениса. Презерватив имел «сенсоры давления», определявшие фрикции во время полового акта и передававшие регистрируемую стимуляцию на электроды, «щекотавшие» часть тела, где сохранилась тактильная чувствительность. Оттуда стимуляция поступала в мозг. Разработчики надеялись, что это поможет деморализованным людям, лишившимся удовольствия от занятий любовью, испытывать половое возбуждение. Этот метод сработал.

Курт Кацмазек, третий член команды исследователей, является инженером-электриком. Он дольше остальных членов команды проработал с доктором Бах-и-Ритой, с которым он познакомился в 1983 году, еще будучи студентом. Теперь он старший научный сотрудник отделения биометрической инженерии Висконсинского университета. Курту немногим больше пятидесяти лет; у него длинные светлые волосы, и он производит впечатление человека, который добросовестно относится к своему делу. Еще мальчиком, жившим к северу от Чикаго, он любил изобретать, конструировать, чинить и улучшать электрические приборы. Он несколько лет проработал в мастерской по ремонту телевизоров. Даже сейчас его хобби – починка старых электронных устройств.

Курт проработал двадцать пять лет, изучая возможность трансляции комплексных элетрических сигналов, которые позволят передавать сложную информацию в мозг через раздражение кожных рецепторов. Работая вместе с Бах-и-Ритой, Митчем и другими учеными, он сконструировал устройство, передававшее зрительную информацию с камеры на язык, а потом в мозг, что позволяло слепым людям «видеть» (оно описано в книге «Пластичность мозга»). Информация подавалась на язык массивом из 144 электродов, и ученые нашли способы координировать последовательности подачи сигналов электродами по волнообразной схеме. Исследователи установили, что некоторые волновые схемы погружают людей в сон, как русские аппараты для лечения бессонницы; другие стимулируют бдительность, как происходит с людьми, которые принимают амфетамины или препараты из группы риталина.

В команде Курт отвечает за вычисления и глубокий анализ данных. Его гений в том, что он может взять концепцию и превратить ее в действующее устройство. Возможно, он лучший специалист в мире по использованию электрической стимуляции для передачи информации в мозг через кожу; он называет этот процесс «электротактильной стимуляцией». Его долгосрочные планы включают в себя объединение всех его наработок в общие методические рекомендации по разработке электротактильных устройств. Но эта большая задача отложена в сторону после изобретения PoNS, потому что теперь он постоянно переделывает и совершенствует прибор. «Я хочу, чтобы люди приходили сюда с тростью, а уходили без нее», – говорит он.

У стены в маленьком офисе Юрия стоит одна трость, которую они сохранили, первая, которая была оставлена в их крошечной лаборатории. Она принадлежала Черил Шлиц, которая пришла в лабораторию после пяти лет инвалидности, а ушла оттуда танцующей походкой. Офис Юрия некогда принадлежал основателю группы, Полу Бах-и-Рите. История выздоровления Черил и того, как Бах-и-Рита пришел к осознанию факта пластичности мозга, подробно описана в моей книге «Пластичность мозга».

В 1959 году Педро, шестидесятипятилетний отец Пола, перенес инсульт, который парализовал его лицо, половину тела и лишил его голоса. Врачи сказали Джорджу, брату Пола, что у Педро нет надежды на выздоровление. Джордж, студент-медик, еще слишком недалеко продвинулся в изучении медицины и не успел усвоить господствовавшую тогда доктрину о неизменности мозга. Поэтому он стал лечить своего отца без предвзятых идей. Спустя два года интенсивных ежедневных упражнений для мозга и улучшения координации движений Педро достиг полного выздоровления. После его смерти (он умер, поднимаясь на гору в возрасте семидесяти двух лет!), Пол сделал аутопсию и обнаружил, что 97% нервов в стволе его мозга были разрушены. Пол понял удивительную вещь: упражнения, которые выполнял Педро, помогли реорганизовать и перестроить его мозг и создали новые области обработки информации и связи между ними в обход поврежденных инсультом участков. Это означало, что даже мозг пожилого человека сохраняет пластичность.

Исследования Пола были посвящены зрению. Одним из первых практических применений концепции нейропластичности была разработка устройства, позволяющего слепым людям видеть. «Мы видим мозгом, а не глазами», – говорил Пол, утверждая, что глаза являются лишь «портом передачи данных»: рецепторы (сетчатка) преобразуют информацию электромагнитного спектра – в данном случае свет – в электрические сигналы, которые передаются по нервам. Мозг не содержит образов или картинок (то же самое относится к звукам, запахам и вкусам); в нем есть только схемы электрохимических сигналов. На основании сравнительного анализа свойств кожи и сетчатки Пол определил, что кожа тоже может воспринимать образы. Это происходит, к примеру, когда мы чертим на коже ребенка букву «А», чтобы научить его этой букве. Осязательные рецепторы кожи преобразуют эту информацию в электрические сигналы, которые затем поступают в мозг.

Пол изобрел устройство, состоящее из камеры, фиксировавшей изображение, компьютера, преобразовывавшего полученное изображение в пиксельную схему и пластинки с электродами, помещавшуюся на языке. Электроды на этой пластинке передавали сигнал в соответствии с полученной от компьютера схемой. Это был прототип устройства, которым пользовался Рон Хасманн. Пол называл его устройством тактильного зрения. Каждый электрод функционировал как пиксель. Когда человек направлял камеру на изображение, некоторые электроды испускали слабые ритмичные электроимпульсы с интенсивностью, пропорциональной уровню освещенности. Импульсы разной силы обозначали оттенки серого, а отключенные электроды обозначали темноту. Изображение, которое фиксировалось камерой, появлялось на языке человека. Пол и его коллеги решили использовать язык как «порт передачи данных», потому что на языке нет слоя омертвевшей кожи и он остается влажным, что делает его превосходным проводником. Кроме того, в языке очень много нервных окончаний, что теоретически должно было сделать возможной передачу изображений с высоким разрешением.

Люди, которые были слепыми от рождения, после недолгой тренировки могли узнавать движение и близкие объекты; они могли различать лица «Бетти» и «Твигги» и «видеть» сложные образы, такие как ваза перед телефоном. Слепой человек мог пользоваться устройством тактильного зрения для построения перспективы окружающего пространства и даже чтобы забросить в сетку баскетбольный мяч. Пол называл этот процесс сенсорной заменой. Это был прекрасный пример пластичности мозга, поскольку нейронные сети, отвечающие за осязание, перестраивались и образовывали связи со зрительной корой.

Но устройство тактильного зрения было не просто новым прибором, позволявшим слепому человеку видеть образы. Оно доказывало, что мозг в принципе можно перестроить с помощью сенсорного восприятия. Ощущения открывали прямой путь к преобразованию мозга.

В январе 2000 года Митч перенес тяжелую инфекцию, из-за которой сильно ухудшилось его чувство равновесия и появились частые головокружения. Он практически не мог стоять. Его интересовало, можно ли адаптировать устройство тактильного зрения для решения проблем с равновесием. Пол решил, что это возможно. Вместо камеры они использовали акселерометр – прибор, похожий на гироскоп, определяющий движение и изменения его положения в пространстве. Акселерометр лежал в шляпе в руках Митча, откуда передавал на компьютер информацию о положении в пространстве. Компьютер передавал полученные данные в электродную плату на языке Митча – так Митч получал информацию о своем положении. Если он наклонялся вперед, электроды давали ему слабую стимуляцию, и он испытывал ощущение пузырьков шампанского в передней части языка; если он наклонялся вбок, ощущение переходило на эту сторону языка.

Их первым пациентом была Черил Шлиц. Пять лет назад прием антибиотика повредил 97,5% ее вестибулярного аппарата (орган равновесия в среднем ухе), что привело к инвалидности. Она постоянно испытывала дезориентацию и нуждалась в поддержке, чтобы стоять прямо. Ей было чуть больше тридцати лет, но в лабораторию она пришла, опираясь на трость.

Когда Черил положила устройство в рот, она сразу же сориентировалась и успокоилась. Информация от ее языка, отправлявшаяся в ту часть ствола мозга, которая обрабатывает осязательные  ощущения, затем находила путь в другую часть ствола мозга (вестибулярное ядро), которая отвечает за чувство равновесия. Ее первый сеанс работы с устройством продолжался не более минуты, но после него она смогла встать прямо на несколько секунд и чувствовала себя прекрасно. Следующий сеанс продолжался две минуты, и остаточный эффект сохранялся сорок секунд. Время сохранения этого эффекта увеличивалось при тренировке и практике, растягиваясь на целые дни, потом на месяцы, а через два с половиной года у нее не осталось необходимости регулярно пользоваться устройством. Благодаря тренировке мозг Черил сформировал новые нейронные сети. Она совершенно выздоровела. На этом месте заканчивается история, описанная в книге «Пластичность мозга».

Но история Черил не закончилась на этом. Она была так впечатлена своим выздоровлением, что решила вернуться к учебе и стать профессионалом по реабилитации. Она прошла стажировку в лаборатории Бах-и-Риты и стала обучать людей пользоваться тем устройством, которое помогло ей. Но она не могла и представить, кто окажется ее первым пациентом. Вскоре после выздоровления Черил я получил ужасную новость в электронном письме от Пола. Его мучил кашель, и, хотя он никогда не курил, у него диагностировали рак легких с метастазами в мозге. Он прошел курс цисплатиновой химиотерапии; рак отступил, и он смог вернуться к работе. Но химиотерапия практически лишила его способности поддерживать равновесие, так же как антибиотик уничтожил чувство равновесия у Черил. Черил пришлось обучать Пола пользоваться устройством, которое он помогал изобрести. Пол вернул себе способность поддерживать равновесие и снова вернулся к работе. Но в декабре 2005 года он написал мне, что «рак вернулся… у меня осталось совсем мало сил». Он продолжал работать до самой смерти и умер в ноябре 2006 года, примерно за год до того, как концепция нейронной пластичности наконец получила широкое признание.

Одной из последних опубликованных работ Пола была статья под названием «Можно ли восстановить функцию с двумя процентами сохранного нейронного субстрата?» В ней он привел обзор результатов собственной работы, а также литературы по схожей тематике с данными о людях и животных, и обнаружил интересное совпадение. У его отца, Педро, было повреждено 97% нервов, шедших от коры полушарий через ствол мозга в спинной мозг. Медицинское обследование показало, что Черил утратила 97,5% клеток в вестибулярных ядрах. Свидетельства из других источников также показывали, что можно восстановить утраченные функции, опираясь лишь на два процента сохранившейся нервной ткани. Теория Пола заключалась в том, что реабилитация «выявила ранее существовавшие связи, которые до травмы не принимали активного участия в осуществлении утраченной функции». Такое «выявление» равнозначно нейропластической перестройке.

Но Пол, Юрий и другие члены команды считали, что трудности с равновесием у Черил начались не только из-за утраты функционирующей нервной ткани, но и из-за того, что ее вестибулярная система стала очень «шумной»: поврежденные нейроны испускали дезорганизованные, случайные сигналы, мешавшие остаткам здоровой ткани получать нужную информацию от рецепторов. Устройство для тренировки поддержания равновесия, которое давало Черил более точную информацию о ее положении в пространстве, помогало здоровым нейронам отличить сигнал от шума. Со временем ее мозг нейропластически укрепил сети, обрабатывавшие целевые сигналы, что привело к закреплению эффекта.

Как я писал в третьей главе, эффект «шумного» мозга с плохим соотношением сигнал/шум возникает при разнообразных травмах и расстройствах, когда сохранившиеся, но поврежденные нейроны не «умолкают», а продолжают испускать хаотичные электрические сигналы случайной амплитуды и частоты. В мозге эти искаженные сигналы нарушают работу здоровых нейронов, которым они передают бессмысленный поток информации, если только мозг не сможет отключить поврежденные нейроны. Говоря техническим языком, Черил имела плохое соотношение сигнал/шум. Это значит, что недостаточно четкие сигналы в ее нейронных сетях не распознавались из-за фонового шума других сигналов. Шумный мозг не может нормально выполнять свои функции и вскоре прекращает это делать. Так формируется выученная беспомощность.

Когда Черил попросили описать, как она воспринимала происходящее в ее мозге до и после использования устройства, она сказала: «У меня постоянно шумело в голове, но это был не тот шум, который я могла слышать, а скорее ощущение шума. Если бы вы могли слышать чувство смятения и замешательства, это было бы похоже. А мой мозг действительно находился в замешательстве, поскольку не знал, что ему делать. Я была полностью поглощена попытками встать, держаться прямо и дойти от точки А до точки Б. Это все равно что оказаться в помещении, где миллион человек говорят одновременно. Во всяком случае, такое ощущение возникало у меня в голове. Когда я положила устройство в рот, это было все равно что выйти из той комнаты. Я как будто стояла на берегу океана, и, боже мой, там было тихо и спокойно. Я словно вернулась домой».

Тем временем Юрий, ведущий невролог группы, обратил внимание на несколько важных моментов. Во-первых, когда Черил носила устройство, она как будто входила в глубокое медитативное состояние (тот вид расслабленного состояния, который, по моему мнению, сопровождает нейронную модуляцию и очень полезен для процессов нейропластического восстановления). Это было сюрпризом. Кроме того, она и другие люди с повреждениями вестибулярной системы, приходившие в лабораторию, стали замечать незапланированные положительные эффекты от работы устройства. Помимо достижения основной цели – восстановления чувства равновесия, – пациенты отмечали улучшение сна, сосредоточенности, настроения, координации движений и способности одновременно выполнять несколько задач. Терапия помогала пациентам с разными диагнозами, такими как инсульт и черепно-мозговые травмы. Некоторые пациенты с болезнью Паркинсона, которые пришли из-за нарушения чувства равновесия, обнаружили, что все моторные симптомы в значительной степени сгладились.

Первоначальная рабочая гипотеза состояла в том, что устройство, которым пользовалась Черил (получившее название мозгового интерфейса), передавало в ее мозг точную информацию  о положении тела в пространстве через электрическую стимуляцию, и что эти сигналы успокаивали «шумный» мозг, будучи значительно четче искаженных сигналов от поврежденных тканей. Четкие сигналы поступали в 2,5% ее сохранных нейронов, активировали их, помогали выстраивать более прочные связи и (возможно) привлекать другие части мозга к поддержанию равновесия. Электрическая стимуляция была носителем этой ценной информации.

У Юрия появилась крамольная мысль: он заподозрил, что электрическая стимуляция сама по себе была важной частью лечения. Ведь если только информация о положении тела в пространстве оказывала целебное действие, то ее источник не должен был играть особой роли. Но состояние Черил не улучшалось от того, что она смотрела на стену с прямыми линиями, или от прикосновения терапевта к ее плечу, когда она начинала клониться в сторону. И оставался открытым вопрос: почему устройство помогало решать множество других проблем, возникающих при повреждениях мозга?

Юрий заподозрил, что электрическая стимуляция сама по себе активизировала восстановление, как и русские аппараты для лечения бессонницы. «Юрий стал первым сторонником идеи, что электрическая стимуляция языка способствует переменам в мозге», – говорит Митч. Примерно в то же время другая группа исследователей в другой лаборатории провела исследование, сравнивая пользователей оригинального устройства, разработанного в лаборатории Бах-и-Риты, с контрольной группой, использовавшей модифицированный вариант устройства, испускавший случайные электрические сигналы, не зависящие от положения человека в пространстве. При разработке дизайна исследования предполагалось, что случайная стимуляция не несет полезной информации. «Нет! – возразил Юрий. – Это нехорошая контрольная группа: электрической стимуляции самой по себе будет достаточно». Так и случилось.

Юрий пришел к выводу, что путь электроимпульсов от прибора, поступавших через сенсорные нейроны языка в ствол мозга, не заканчивался на этом. Судя по всему, нейроны ствола посылали электрохимические импульсы в другие части мозга, активируя целые функциональные системы, в том числе те области, которые регулируют сон, настроение, движение и ощущения. Эта гипотеза была подтверждена при помощи томографического исследования мозга пациента во время использования устройства. Большая часть его мозга была «освещенной», то есть находилась в активном состоянии.

Этот результат помог объяснить, каким образом устройство могло содействовать исчезновению других симптомов, особенно когда Юрий совместил его использование с выполнением соответствующих психических и физических упражнений и/или необходимой стимуляцией. И раз устройство могло облегчать разные симптомы, возможно, его стоило применять для помощи пациентам и с другими диагнозами? Ученики Пола, горевшие желанием продолжить его работу, стали понемногу подозревать, что в их руках находится разработка, на основе которой можно сконструировать многофункциональный стимулятор мозговой деятельности. Поэтому они создали новое устройство (PoNS), которое вместо информации о положении тела в пространстве передавало просто постоянную стимуляцию.

Юрий знал о двух других видах стимуляторов, работавших по методу PoNS и активировавших мозг слабыми электрическими импульсами. При стимуляции блуждающего нерва (VNS) электрод обвивается вокруг левого блуждающего нерва (черепного нерва, проходящего возле сонной артерии), который направляет стимулирующий сигнал в одиночный тракт (tractus solitarius) ствола мозга, одну из целевых областей при работе с устройством. Иногда VNS успешно применяется для лечения депрессии, но для внедрения в грудную клетку стимулятора нужна хирургическая операция. Другой вид подобных устройств, работавших по методу глубокой стимуляции мозга (DBS), с некоторым успехом использовался для лечения пациентов с болезнью Паркинсона или депрессией для прямого воздействия на нейронные сети. Но для DBS хирург должен внедрить электроды в глубинные структуры мозга. PoNS же просто держат во рту, как ребенок держит леденец.

Настало время собирать пациентов с разными диагнозами и оценивать, как это новое устройство сможет помочь им.

Анна Рошке страдала болезнью Паркинсона в течение двадцати пяти лет. Сейчас ей восемьдесят лет, а первые симптомы появились около шестидесяти. Ее привезли для лечения из Германии в Висконсин, но и там врачи были не в силах помочь ей. Она не могла ходить, сохранять равновесие, не могла налить молоко в стакан, не расплескав его, или унять дрожь в конечностях. Ее речь была замедленной, она не могла поддерживать разговор без усилий. Ее сын Виктор Рошке, молекулярный биолог, который разрабатывал препараты для борьбы с раком, рассказал: «Она находилась в очень плохом состоянии. Тремор был главной проблемой. Врачи регулировали дозировки лекарств, и они до некоторой степени сдерживали болезнь… но в какой-то момент врачи сказали, что больше ничего не могут поделать. Они перебрали все имевшиеся варианты лечения». Она знала, что на ранней стадии болезни она еще сможет нормально двигаться, и надеялась быть полезной, занимаясь мелкими делами, например выпечкой пирожных для внуков. Но, прогрессируя, болезнь почти полностью лишила ее подвижности, и большую часть дня Анна могла только глядеть в окно или смотреть телевизор.

У ученых были основания предполагать, что устройство PoNS сможет помочь ей. Недавние томографические исследования на пациентах с двигательными расстройствами показали, что во время использования PoNS активируется бледный шар (globus pallidus) – та часть мозга, которая становится гиперактивной при болезни Паркинсона.

После двух недель PoNS-терапии к Анне вернулась способность говорить и ходить, а тремор конечностей уменьшился. Она больше не нуждалась в ходунках и «вполне нормально могла ходить, – говорит Виктор. – Мы также отметили заметное улучшение речи. Если не обращать внимания на тремор, она выглядела как обычный человек».

Анна продолжала регулярно пользоваться устройством. Во время следующего визита Виктору рассказали, что его восьмидесятилетняя мать самостоятельно  красила потолок, стоя на столе. «Это была жуткая история», – смеется он, вспоминая, что его мать всегда была активной и деятельной. С учетом того, насколько болезнь успела нарушить ее способности к движению и поддержанию равновесия, «было поразительно, что она смогла сделать это и не упасть». Теперь она днем гуляет в парке, двигаясь быстро и легко, и готовит пирожные для своих внуков.

Анна не избавилась от болезни Паркинсона, но ее подвижность улучшилась настолько, что она почти не ощущает симптомов. «Я скептически относился к этому устройству, – говорит Виктор. – Ведь я ученый и доверяю только научным данным. Но когда я увидел результаты его применения, особенно в сфере когнитивных способностей и координации движений, то был вынужден признать, что устройство очень эффективно».

Мэри Гэйнс живет на Манхэттене. Ей пятьдесят два года, у нее светлые волосы, румяные щеки и большие глаза. В 2007 году она была директором частной школы, где проработала двадцать два года. Американка, выросшая в Европе, она говорила по-французски, по-итальянски и немного по-немецки и по-фламандски. Когда ей еще не исполнилось пятидесяти лет, она перенесла тяжелый инсульт, вызванный лопнувшим кровеносным сосудом в мозге. Все началось как серия «микроинсультов». Сначала она заметила тяжесть в руках и ногах, потом начала видеть вспышки перед глазами. Ее партнер Пол довез ее до больницы. «Я находилась внутри магниторезонансного томографа в пресвитерианской клинике Нью-Йорка, когда случился большой  инсульт, – рассказывает она. Классический инсульт левого полушария почти обездвижил правую сторону ее тела и повлиял на речь. – Я не могла говорить, писать, читать, кашлять и вообще производить какие-либо звуки. Я была немой».

У нее также появились проблемы с мышлением: она не могла отфильтровывать ненужную информацию, испытывала сенсорную перегрузку и не понимала речь других людей, поскольку отвлекалась на фоновый шум. Здоровый мозг автоматически сортирует информацию и определяет, что заслуживает внимания. «После инсульта мне приходилось сознательно оценивать каждый звук, тень и почти все запахи, чтобы определить, что представляет опасность», – сказала Мэри. Обработка визуальной информации замедлилась настолько, что, сидя в автомобиле на пассажирском месте, она не могла разобраться в движении транспорта. «Я постоянно играла в догонялки», – сказала она. Утратив способность различать опасное и безопасное, ее нервная система теперь всегда находилась в симпатическом состоянии «борись или беги».

Она не могла выполнять простейшие жесты и движения, например включить и выключить плиту. Простые задачи изнуряли ее, она оказалась изолированной от общества. Мэри стала ежедневно посещать занятия по речевой реабилитациии в клинике Хелен Хейес, где лечили афазию (системное нарушение речи) и дизартрию (неспособность правильно артикулировать звуки). «Я сидела, слушала разговоры других людей и не понимала, о чем они говорят». Через полгода она попыталась вернуться к работе, но ничего не вышло. «Я думала, что мне придется жить с этим всю оставшуюся жизнь».

Получив инвалидность, она четыре с половиной года старалась добиться улучшения своего состояния, но большая часть симптомов так никуда и не делась. Потом она случайно узнала, что в Мэдисоне, где жила ее сестра, есть лаборатория, занимающаяся постинсультной реабилитацией. В январе 2012 года она приехала туда на две недели. Как и многие, кто долго болел и перепробовал все методы традиционной терапии в ведущих клиниках, она скептически относилась к этому визиту.

«На второй день в лаборатории я почувствовала перемены, и мне было трудно поверить в их реальность, – сказала она мне. – Дело в том, что мне казалось, «я хочу, чтобы это было правдой, поэтому я воображаю всякие вещи». Но когда я вышла на ланч во второй день, по моему мозгу словно провели расческой, и я больше не ощущала спутанности». Ее когнитивные проблемы с сортировкой внешних стимулов куда-то исчезли. Реакция «борись или беги» начала отключаться. К ней внезапно вернулось периферийное зрение, и она смогла воспринимать зрительную информацию в реальном времени. «На третий день я ощутила прилив энергии. И, господи, я могла разговаривать с человеком на другом конце стола и слышать его. Это вызвало у меня эйфорию.

Пришлось успокаивать себя, так как я не хотела, чтобы меня считали сумасшедшей. Устройство изменило мою жизнь».

После двух недель в Мэдисоне она вернулась домой, взяв устройство с собой, и пользовалась им от трех до пяти раз в день. К марту 2012 года ее домашняя терапия продолжалась уже два месяца. Лишь однажды запнувшись, она сказала мне: «Я знала, что мне еще предстоит упорная работа, но чувствовала себя почти как прежде… Думаю, самое главное достижение состоит в том, что я снова могу ощущать «поток», вещи опять стали моим естественным окружением. Теперь я получаю удовольствие от повседневных дел и просто от того, что чувствую себя живой». Раньше она едва могла прочитать статью в газете, «а теперь я могу читать все, что хочу».

Использование устройства PoNS изменило жизнь Мэри, выздоровление все же было неполным, и ее до сих пор каждую неделю мучают головные боли. Сначала она думала, что будет пользоваться устройством так долго, как предлагали ученые, но остановилась через полгода, когда поняла, что достигнутые успехи остаются при ней без повседневной практики. «Теперь я практикую йогу, медитирую, занимаюсь уборкой в доме и в саду и с большим удовольствием готовлю. Больше всего меня радует свобода, и я каждую секунду наслаждаюсь ею».