Вы наверняка слышали о карго-культах, но если нет, то отвлекитесь от книжки и сделайте поиск по картинкам, они прекрасны. Во время Второй мировой войны и в первые годы после нее на островах Меланезии размещались многочисленные военные базы, как японские, так и европейские. С Большой земли солдатам доставляли одежду, продукты, лекарства, палатки и еще множество ценных вещей. Чаще всего их сбрасывали на парашютах, пролетая над островами. Меланезийцы могли либо сами находить блага цивилизации, либо получать их от солдат в обмен на содействие. Но потом война закончилась, солдаты вернулись домой, и приток полезных предметов прекратился. Чтобы вернуть утраченную милость небес, островитяне начали имитировать действия, которые они наблюдали у европейцев. Они проводили военные парады, маршируя с палками, изображавшими ружья. Строили деревянные самолеты. Сооружали радиоантенны из прутьев и соломы.

Это кажется забавным до тех пор, пока мы не начинаем читать современные околонаучные новости на развлекательных ресурсах. “Девушки, которые не ленятся краситься, получают бóльшую зарплату”, – сообщает нам AdMe. “Ребенок, выросший в доме, в котором содержится более 500 книг, в среднем проводит в учебных заведениях на три года больше”, – говорит The Telegraph. Что может быть проще? Хотите много зарабатывать – начинайте краситься. Хотите, чтобы ваш ребенок благополучно окончил школу и поступил в университет, – заведите в доме библиотеку. (Хотите больше посылок с едой – постройте деревянный самолет.)

На самом деле, очевидно, нет. Такие научные новости базируются на настоящих исследованиях с большими выборками, и даже не то чтобы очень сильно искажены относительно первоисточников. Но оба исследования – корреляционные. То есть ровным счетом ничего не говорят о причинно-следственной связи. Смотрите, что получается:

1. Да, мы действительно видим, что ухоженность и высокий заработок (или книжки и образование) идут рука об руку. Это не означает, что закономерность будет соблюдаться для каждого конкретного человека, но вот уже если посмотреть на 100 испытуемых, скорее всего, она проявится. Исследователи в обоих случаях брали много тысяч людей и в обоих случаях получили p < 0,001. Другими словами, вероятность того, что им просто попались неправильные респонденты, а для общества в целом такой корреляции нет, крайне невелика: меньше чем 1 к 1000.

2. Но мы понятия не имеем, что было раньше: курица или яйцо. Начали ли женщины следить за своей одеждой, прической и макияжем и из‐за этого им повысили зарплату? Или им повысили зарплату, и у них появилось больше возможностей ухаживать за собой? Даже в случае со школьной успеваемостью нельзя исключать, не проверив, обратную последовательность: в семье рос любознательный ребенок, и поэтому родители накупили много книг.

3. Самое главное: возможно, эти факторы вообще не связаны друг с другом напрямую. Они могут быть двумя следствиями одной и той же причины. Допустим, у некоторых женщин дома хорошо, тихо и спокойно, никто их не дергает, и это позволяет им, с одной стороны, читать вечерами профессиональную литературу, а с другой стороны, неторопливо краситься по утрам. Допустим, ребенок все эти книги с полок вообще ни разу в жизни не открывал, но зато у него есть умный дедушка, который в свое время их накупил, и этот дедушка всю дорогу помогал ему решать задачи по алгебре и физике. И делал бы это независимо от того, есть в доме книги или нет.

Сами исследователи никогда не отказывают себе в удовольствии поговорить в финале статьи о том, как могла бы работать прямая причинно-следственная связь. “Диктат красоты, – отмечают они, – хороший способ контролировать женское поведение. Ухоженная женщина демонстрирует конформность, готовность играть по правилам, и работодатели это поощряют”. Или так: “Дом, полный книг, предоставляет детям возможности, полезные в школьном образовании, стимулирует развитие словарного запаса, расширение набора фактических знаний, навыки понимания, развивает воображение”. Все эти соображения ценны и интересны. Но важно не впадать в карго-культ. Только тогда, когда мы возьмем 1000 женщин с одинаковым уровнем образования и профессиональных навыков, убедим половину группы краситься и делать укладку и маникюр, а половину попросим этого не делать и сравним изменения в их зарплате через три года такой жизни, мы сможем говорить, что ухоженность способствует деньгам. И только когда мы возьмем детей этих женщин, отберем у одних половину книг, а другим привезем еще столько же и посмотрим на их оценки через три года, мы сможем говорить, что книги способствуют успеваемости. То есть, в идеальном случае, мы должны создать ситуацию, в которой экспериментальная и контрольная группа не отличаются друг от друга вообще ничем, кроме единственного фактора, который нас интересует, чтобы можно было посмотреть именно на его влияние. В этом, собственно, заключается ключевая идея экспериментального метода, единственного надежного источника информации о причинно-следственных связях. А пока такая работа не проведена, у меня для вас хорошие новости: если вы хотите больше денег, это не означает, что вам надо срочно начинать краситься. (Впрочем, если вы хотите, чтобы ваш ребенок поступил в университет, то вы вполне можете скупить все книги издательства Corpus. Это я одобряю. Я заинтересованная сторона.)

Мы, люди, по природе своей склонны замечать совпадения между событиями и трактовать их как причинно-следственные связи. Вообще‐то это здорово. Это помогает нам учиться на своих ошибках, придумывать новые способы добычи ресурсов, лучше предсказывать поведение окружающих. Но, как и любой другой эволюционно выгодный механизм принятия решений, эта наша склонность время от времени приводит нас к ложным выводам, заставляет находить несуществующие закономерности, способствует формированию суеверий. Поэтому научный метод направлен скорее как раз на то, чтобы помешать нам видеть причинно-следственные связи там, где их на самом деле нет. В XIX веке британский философ Джон Стюарт Милль сформулировал три критерия причинности, которые полезно держать в голове и применять к любой закономерности, замеченной нами в окружающем мире. Мы можем обоснованно предполагать, что А – это причина Б, только когда соблюдаются три условия сразу: во‐первых, А предшествует Б во времени, всегда сначала происходит одно, а потом уже другое; во‐вторых, действительно, между ними есть корреляция, то есть изменение А вызывает столь же сильное (или столь же слабое) изменение Б; последнее по порядку, но не по важности – мы должны убедиться, что не можем найти других правдоподобных объяснений.

Все это очень актуально для исследований, в которых устанавливают взаимосвязи между структурами мозга и их функциями. Львиная доля данных об этом получена с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Она крутая, никто не спорит. Но у нее есть несколько методологических проблем,

Прежде всего, фМРТ – медленная: она регистрирует не саму активность нейронов, а приток крови к ним, а на его изменение может требоваться, например, секунда. За секунду в мозге произойдет множество событий; фМРТ не позволит сказать точно, в какой последовательности они происходили.

Вторая серьезная проблема связана с тем, что мозг, к сожалению, работает не на 10 %, как утверждается в популярном мифе; он все время работает весь целиком, каким бы заданием ни был занят ваш испытуемый. Поэтому среди огромного множества участков, к которым увеличился приток крови во время выполнения задания, будут те, которые имеют отношение к делу, и еще больше тех, которые отношения к делу не имеют, а заняты чем‐то совершенно другим и просто по совпадению оказались более активны именно в этот момент. Вы, конечно, будете работать со многими испытуемыми и заставите их выполнить задание много раз, но и участков мозга у вас очень много, и поэтому среди них все равно найдутся такие, которые в большинстве случаев оказались активны при выполнении задания просто в результате случайного совпадения. Чтобы бороться с этой проблемой ложноположительных результатов, исследователи применяют очень строгие статистические критерии. И, соответственно, неизбежно упираются в проблему ложноотрицательных результатов, когда на самом деле активность этого участка мозга все‐таки была важна, но оказалась недостаточно убедительной, и ее выкинули из анализа.

И наконец, всегда есть проблема интерпретации результатов. Даже если вы твердо уверены, что приток крови к конкретному участку мозга всегда связан с выполнением конкретного задания, вам все равно еще предстоит понять, почему так происходит, что конкретно делает этот участок. Допустим, вы собрали гору исследований о том, что амигдала активна, когда вы показываете человеку страшные картинки. Но означает ли это, что она нужна именно для того, чтобы бояться? Может быть, это не “центр страха”, а “центр храбрости”, который позволяет человеку лежать и смотреть на страшную картинку, вместо того чтобы с визгом выбираться из томографа и портить вам весь эксперимент? В случае с амигдалой мы думаем, что все‐таки нет. Например, потому что у нас еще есть результаты исследований людей с повреждениями мозга и известно, что без амигдалы они становятся, наоборот, более бесстрашными. А вот если подходящих людей с травмами нет, то прийти к надежным выводам только с помощью фМРТ ну не то чтобы совсем невозможно, но это требует огромного массива разнообразных экспериментов, в которых вы не только регистрируете предшествование во времени и корреляцию, но и планомерно, шаг за шагом, исключаете все многочисленные альтернативные способы трактовки этих данных, пока не будете уверены, что остановились на самом правдоподобном.

То есть выводы, полученные с помощью фМРТ, всегда хорошо бы подкреплять с помощью других методов. Но мы же не можем ловить людей и вырезать им амигдалу? Они сами не согласятся, и этический комитет университета не разрешит, и научный журнал не опубликует. Честно говоря, в случае с амигдалой действительно мало что можно сделать. Но вот когда мы говорим о поверхностных, расположенных близко к стенкам черепа участках мозга, то у нас есть способ их повредить так, что и люди согласятся, и этический комитет не подкопается. Для этого надо повредить их безопасно, безболезненно и полностью обратимо.

И тут на сцену выходит транскраниальная магнитная стимуляция, ТМС.

Ключевое свойство нейронов – способность проводить электрический ток. О том, как именно они это делают, я подробно рассказываю в “Кратком курсе нейробиологии” в конце книги. Основная идея в том, что на мембранах нервных клеток постоянно поддерживается разность потенциалов. В состоянии покоя внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно, а внешняя – положительно. Это возможно благодаря тому, что мембраны густо пронизаны белковыми каналами, способными выборочно пропускать внутрь и наружу разные ионы.

В момент проведения нервного импульса на каком‐то маленьком участке мембраны нейрона на короткое время происходит деполяризация: ионные каналы запускают внутрь положительно заряженные ионы натрия, разность потенциалов между внутренней и наружной стороной становится гораздо меньше, а часто и вовсе меняет знак: теперь, наоборот, положительно заряженной оказывается внутренняя сторона мембраны. А дальше запускается цепная реакция: ионные каналы, расположенные по соседству, реагируют на деполяризацию мембраны и тоже начинают запускать натрий внутрь клетки (а на том участке, с которого все началось, наоборот, постепенно восстанавливается исходная разность потенциалов). Таким образом возбуждение распространяется вдоль по отростку нейрона. В конце концов оно придет к синапсу (месту контакта с соседней клеткой), и там произойдет выделение нейромедиаторов – межклеточных передатчиков сигнала, которые инициируют (или, наоборот, подавят) такие же процессы в следующей клетке.

Важно здесь то, что потенциал-зависимые ионные каналы, благодаря которым сигнал распространяется вдоль по нейрону, способны реагировать на внешнее, искусственно наведенное электромагнитное поле. В его присутствии ионные каналы меняют свою пространственную структуру, начинают пропускать ионы, и, соответственно, в клетке генерируется нервный импульс, который дальше будет передаваться соседям точно так же, как если бы он возник естественным путем. Добиться этого можно с помощью вживленных электродов, а можно и с помощью электромагнитной индукции, той самой, которую обнаружил Майкл Фарадей в 1831 году. Если у вас есть магнитное поле, которое изменяется во времени, то оно порождает электрическое поле и электрический ток в проводниках, попавших в зону его воздействия. В данном случае – в нервной ткани.

Прибор для транскраниальной магнитной стимуляции выглядит довольно футуристично. В вашей лаборатории стоит большой белый ящик – генератор электрических импульсов силой в тысячи ампер. К нему подсоединен гибкий шланг толщиной в три пальца, на другой стороне которого – катушка для стимуляции, пластиковое кольцо (или восьмерка) размером примерно с блюдце. Внутри у нее проводник, через который проходит разряд электрического тока. Вокруг катушки в этот момент возникает магнитное поле, которое может достигать нескольких тесла (в тысячу раз больше, чем у магнита на холодильнике). Вы при этом держите катушку около головы испытуемого, переменное магнитное поле проникает сквозь череп, и в мозге возникает изменение электрического поля, достаточное для того, чтобы деполяризовать мембраны нервных клеток и, соответственно, запустить в них вышеописанную цепную реакцию передачи сигнала. То есть изменить активность тех зон коры, которые находятся непосредственно под катушкой.

Если вы журналист и придете в Центр нейроэкономики и когнитивных исследований Высшей школы экономики, чтобы снять сюжет о транскраниальной стимуляции, вас встретит там ее властелин и повелитель, профессор Маттео Феурра. Чтобы сразу вас впечатлить, он просто возьмет катушку и поднесет ее к своей моторной коре (или к вашей, если вы человек храбрый). И нажмет на кнопку, чтобы отправить единичный импульс. И рука его (или ваша) хаотически дернется, и он ничего не сможет с этим сделать (или вы не сможете). От единичного импульса происходит мгновенное возбуждение нейронов, и если это были нейроны моторной коры в области, отвечающей за движение руки, то мышцы руки получат соответствующий сигнал. Если это были нейроны зрительной коры, например, то вы увидите вспышку света.

Но если вы придете в Вышку не как журналист, а как участник экспериментов, то все будет происходить гораздо медленнее. Прежде всего, вы заполните миллион анкет, чтобы подтвердить, что вы здоровы как космонавт и ваши родственники до седьмого колена тоже всегда были здоровы как космонавты. Дальше вас отправят на томографию, чтобы у Маттео и его коллег был скан именно вашего мозга и они точно знали, где начинается и кончается каждая извилина именно в вашей голове. Потом вас пригласят в лабораторию и дадут подписать еще несколько документов о том, что вы здоровы и на все согласны. Потом вас посадят в удобное белое кожаное кресло, наклеят на вас светлые шарики, по которым видеокамера поймет, где у вас лоб, и дополнительно покажут ей, где у вас переносица и уши. На основании всего этого компьютер сообщит исследователям, где у вас моторная кора. Вам прикрепят электроды на руку или на ногу и наконец начнут посылать импульсы на моторную кору и оценивать ее активацию по сокращениям ваших мышц. Но это только для того, чтобы понять, с какой силой вообще нужно подавать импульсы конкретно в вашем случае. Только через пару часов калибровки начнется настоящий эксперимент, во время которого катушку будут держать над каким‐то другим отделом вашего мозга, а потом дадут вам какое-нибудь задание и посмотрят, как вы с ним справитесь. Главное, ни в коем случае не пытайтесь целенаправленно помогать экспериментаторам, стараясь, например, специально выполнять задание хуже, чем могли бы, в надежде помочь этим обаятельным людям подтвердить их гипотезу. Во-первых, вы вообще не знаете, в чем заключается их гипотеза и какое именно изменение ваших результатов ее подтвердит (сначала они объяснят все туманно или просто наврут вам и только после окончания экспериментов смогут рассказать, что же они исследовали на самом деле). Во-вторых, ваши личные результаты в любом случае мало что изменят – выводы делаются при обобщении большого количества данных. В-третьих, вы все равно не знаете, попали ли вы в экспериментальную или в контрольную группу, то есть действительно ли вы получали стимуляцию и получали ли ее именно в нужном месте – это зависит от того, какой стороной выпала монетка, брошенная экспериментатором, пока вы заполняли опросники. Даже не спрашивайте исследователей об этом – они вам скажут, что вы‐то, конечно, были в экспериментальной группе, чтобы вам не было обидно за потраченное время, но если вы вынудите их врать, то им будет неприятно.

Единичный импульс вызывает короткий разовый всплеск активности в нервных клетках, и у вас, например, дергается рука. Это прикольно, но ожидаемо, и поэтому не очень интересно для ученых. В настоящих экспериментах чаще всего используется длительная стимуляция. Ученый держит над вами катушку (и внимательно следит, чтобы она оставалась над нужным участком мозга, даже если вы пошевелите головой), а катушка генерирует магнитные импульсы с определенной частотой. У такого воздействия два радикальных преимущества. Во-первых, эффект сохраняется еще несколько минут (или даже несколько десятков минут) после того, как стимуляция прекратится. Выполнять задания, предложенные экспериментаторами, гораздо удобнее, если вы уже не должны сохранять неподвижность и не отвлекаетесь на тарахтящую штуковину за вашей головой. Во-вторых, в зависимости от параметров стимуляции можно либо усилить, либо, наоборот, подавить активность нужной зоны коры. Как правило, если стимуляция низкочастотная (например, 1 Гц, один импульс в секунду), то работа соответствующего участка мозга временно нарушается, а если стимуляция высокочастотная (от 5 Гц и выше), то возбудимость, наоборот, увеличивается.

Конкретные механизмы, отвечающие за эти противоречивые эффекты, сегодня продолжают интенсивно изучаться,, – и на клеточных культурах, и на животных, и, насколько это возможно, на людях. Для того чтобы сказать об этих механизмах что‐то осмысленное, мне придется нарушить свои авторские планы, отступить от линейной логики повествования (в мозге все связано со всем!) и уже сейчас рассказать вам про способность нейронов к усилению или ослаблению синаптических связей. Вообще‐то я надеялась подробно обсуждать ее в главе о памяти. Но если вы врубитесь в основную идею уже сейчас, при ее беглом изложении, то читать главу о памяти вам будет легко и приятно.

Вот смотрите. По нейрону распространяется возбуждение. Доходит до пресинаптической мембраны. Вызывает там выброс нейромедиаторов. Они действуют на рецепторы, расположенные на постсинаптической мембране. Например – классическая ситуация из учебника – у нас есть нейромедиатор глутамат и AMPA-рецепторы, с которыми он связывается. В ответ на это AMPA-рецепторы открывают свои ионные каналы, пропускают в клетку положительно заряженные ионы, происходит деполяризация мембраны, и возбуждение благополучно переходит с первого нейрона на второй. Чем больше в мембрану встроено AMPA-рецепторов, тем выше вероятность, что это произойдет. Их число может довольно быстро меняться, и это ключевой механизм, лежащий в основе кратковременной памяти.

Но что должно произойти для того, чтобы AMPA-рецепторов в синапсе стало больше? Тут на сцену выходит самая главная молекула во всей книжке, во всей памяти и вообще во всей нейробиологии – NMDA-рецептор.

Все нормальные ионные каналы открываются либо в том случае, если с ними связалась какая-нибудь сигнальная молекула (тогда они называются лиганд-зависимыми), либо в том случае, если изменился потенциал мембраны, на которой они находятся (тогда они называются потенциал-зависимыми). Но не таков NMDA-рецептор. Он соглашается работать только при соблюдении обоих этих условий одновременно. Это значит, что он работает тогда, когда возбуждены одновременно два нейрона: и тот, с которого пришел сигнал (и поступили нейромедиаторы), и тот, на мембране которого NMDA-рецепторы находятся (и при этом она уже деполяризована). То есть это молекула-детектор совпадений, он регистрирует одновременную активность двух нейронов. Тогда и только тогда он открывает свой ионный канал и начинает пропускать внутрь клетки ионы кальция. Эти ионы кальция, в свою очередь, могут влиять на огромное количество событий, происходящих в клетке, причем здесь важно, сколько именно ионов кальция поступило в клетку и с какой скоростью.

Мы еще очень много будем говорить о том, как это работает применительно к настоящему обучению и памяти, а вот как это (предположительно) работает в случае ТМС. Вот у нас есть синапс, место контакта двух нейронов. Первый из них должен выделить нейромедиаторы, и он это сделает благодаря высокочастотной ТМС. На втором нейроне находятся NMDA-рецепторы, которые пока что еще не собираются работать. Но транскраниальная стимуляция действует и на второй нейрон тоже. У него происходит деполяризация мембраны. NMDA-рецепторы становятся готовы к труду и обороне. А тут как раз до них доплыли нейромедиаторы из первого нейрона. Бинго! Каналы открываются, во второй нейрон поступает много кальция. Столько, сколько нужно, чтобы запустить процесс встраивания в мембрану дополнительных AMPA-рецепторов. Соответственно, сигналы через синапс временно начинают проходить лучше. Примерно то же самое происходит и тогда, когда мы просто берем какую-нибудь информацию в кратковременную память. Вот сейчас слово “NMDA-рецептор” вызывает у вас радость узнавания ровно потому, что у вас временно увеличилось количество AMPA-рецепторов в тех нейронах, которые взяли на себя знакомство с этим термином. Привет, я изменила физиологию вашего мозга. Всегда так делаю.

А вот при низкочастотной ТМС это так не работает. Предположительно, она тоже активирует NMDA-рецепторы, но совсем чуть‐чуть. И ионов кальция в клетку поступает совсем немножко. И это приводит к тому, что они запускают другие биохимические каскады, приводящие, наоборот, к снижению количества AMPA-рецепторов на мембране.

Вы прочли ознакомительный фрагмент под названием “самая понятная часть из всей истории про действие транскраниальной магнитной стимуляции”. В подводной части айсберга, например, остается тот факт, что синапсы у нас вообще‐то бывают двух типов: одни отправляют активирующий сигнал, а другие, наоборот, тормозят работу того нейрона, на который подействовали. Они одинаково важны для работы мозга; они отвечают на транскраниальную магнитную стимуляцию; соответственно, регулярно возникают ситуации, когда активность коры вы вроде бы усилили, а поведенческая реакция при этом как раз стала проявляться слабее. Или наоборот. Или по‐разному у разных испытуемых. Еще есть много разных молекул, дополнительно задействованных в изменении проводимости синапсов, а также много разных протоколов стимуляции, в которых промежутки между импульсами делают то длиннее, то короче. Эксперименты на животных показывают, что мозг можно стимулировать так долго и упорно, чтобы добиться изменений в активности генов, а вслед за этим – долгосрочной перестройки нейронных связей. В общем, если вы хотите исследовать какую‐то одну тему всю свою жизнь и при этом даже в момент получения Нобелевки понимать в этой теме примерно так же мало, как на студенческой скамье, то выбирайте механизмы действия ТМС, не прогадаете.

Для вдохновляющей демонстрации эффектов ТМС (в учебной аудитории или перед телекамерой) можно заставить испытуемого двигать рукой, а можно заблокировать его способность произносить слова. Такой опыт тоже удается проделать без предварительного картирования и калибровки: человек у вас просто разговаривает, а вы просто водите работающей катушкой вдоль его головы (примерно над ухом, на стыке лобной, теменной и височной долей, там, где находится моторная кора, отвечающая за управление артикуляционными мышцами), и как только попадаете в правильную точку – человек у вас разговаривать перестает, как бы ни старался, и это резко повышает его восхищение как вами лично, так и возможностями современной науки.

Такие эксперименты важны не только в демонстрационных, но и в исследовательских целях, потому что позволяют пересматривать и уточнять представления о том, как мозг вообще порождает речь. Если вы спросите об этом любого нейробиолога, получившего хорошее образование, но никогда специально не интересовавшегося данными ТМС-исследований, то он вам скажет так: в мозге есть зона Брока, отвечающая собственно за связывание слов в грамматически правильные предложения, и она расположена у большинства людей в левом полушарии; в мозге также есть моторная кора, отвечающая за движения челюстей, губ, щек и языка, и она симметрична. Транскраниальная стимуляция демонстрирует, что все более запутанно. Во-первых, выясняется, что асимметрия есть и в моторной коре тоже: если вы пытаетесь заблокировать движение артикуляционных мышц, то, воздействуя на левое полушарие, вы добьетесь гораздо более выраженных успехов, чем воздействуя на правое. Во-вторых, похоже, что моторная кора, управляющая артикуляционными мышцами, нужна не только для того, чтобы говорить вслух, – но и для того, чтобы думать, произносить слова внутри своей головы. Во всяком случае, если ее активность подавить у испытуемых, которые должны мысленно подсчитывать количество слогов в словах, то они будут справляться с этим заданием медленнее. Маленькие дети, когда размышляют над какой‐то задачей, тихонько проговаривают то, что они делают: можно предположить, что и мы так делаем, просто “проговариваем” на уровне моторной коры, управляющей движениями губ, и не отправляем при этом оттуда достаточно сильных сигналов, чтобы губы шевелились.

На этом удивительные истории про – так называемую! – моторную кору не заканчиваются, а только начинаются. В принципе, никто не спорит, что ее основная функция – контроль за движениями. Но само слово “контроль” подразумевает, что ей нужно эти движения как‐то спланировать и представить. То есть о них подумать. Это то, что она точно умеет делать – и делает, независимо от того, собираемся ли мы выполнять какое‐то движение сами.

Я рассказывала вам, что для первоначальной настройки оборудования для ТМС используется именно стимуляция моторной коры. Вы, например, посылаете импульсы на участок мозга, отвечающий за управление мышцами ноги, и постепенно увеличиваете силу тока в катушке (и, соответственно, возникающее вокруг нее магнитное поле) – до тех пор, пока не зарегистрируете мышечное сокращение. Вы запоминаете, какой была интенсивность стимуляции в случае этого конкретного человека в этот конкретный день, для надежности увеличиваете ее еще чуть‐чуть и дальше приступаете к работе с тем участком мозга, который вас, собственно, интересует. Но есть нюанс. Пока вы это делаете, важно не говорить с испытуемым о футболе, потому что это повлияет на возбудимость его моторной коры и вы не сможете правильно определить требуемую силу стимуляции.

То есть, когда мы думаем о каком‐то действии, мы активируем те же зоны мозга, как и в том случае, если бы мы выполняли это действие. (А когда думаем о картинке, задействуем зрительную кору и так далее.) На английском языке этот феномен иногда называют embodiment theory of language. Устоявшегося перевода на русский, кажется, нет, но можно было бы сказать “телесная теория языка”, или “теория воплощения языка”. С ней согласуются и работы по “чтению мыслей” – угадыванию того, о каком предмете думает испытуемый, по активности его мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. С первых же шагов исследования демонстрировали, например, что, когда человек читает слово “молоток”, или “отвертка”, или “плоскогубцы”, то у него активируется моторная кора, связанная с управлением мышцами руки.

Ну то есть это мы так думаем, что она активируется потому, что связана с управлением мышцами руки. Но всегда остаются альтернативные трактовки. Может быть, например, этот участок связан не с распознаванием названий инструментов, а с распознаванием слов, в которых есть буква О? Эту трактовку тоже можно исключить с помощью фМРТ, если дать испытуемым прочитать, например, слово “пассатижи” (инструмент, но нет буквы О) или слово “море” (море – не инструмент, но буква О там есть).

А вот чего совсем нельзя сделать с помощью фМРТ – понять, почему моторная кора активируется при чтении слова “молоток” или прослушивании предложений, описывающих, как футболисты пинают мяч. Здесь возможны два объяснения. Может быть, мы поняли, с помощью каких‐то других отделов мозга, что речь идет об инструменте или о действии, и после этого у нас активировалась моторная кора, потому что заботливый мозг готовит хозяина к тому, чтобы забивать гвозди или играть в футбол. Но возможно, все гораздо интереснее: мозг сначала воспроизводит соответствующую картину активности, а потом – из‐за этого! – понимает, что речь в принципе идет о молотке или об ударе по мячу.

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет довольно точно установить, где конкретно в мозге находятся участки, активирующиеся при виде слова “молоток”. Но она не предоставляет информации о том, в какой последовательности они активируются, они делают это слишком быстро, чтобы об этом можно было судить по притоку крови к тому или иному отделу мозга. И главное – она ничего не позволяет сказать о причинно-следственных связях, о том, принципиально ли, чтобы у человека вообще была моторная кора, чтобы он понял, что вы показываете ему молоток.

Транскраниальная магнитная стимуляция решает обе эти проблемы. Во-первых, если вы подавили работу какого‐то участка мозга и после этого человек стал хуже справляться с заданием, то это очень сильный аргумент в пользу того, что этот участок для выполнения этого задания именно нужен, а не просто активируется заодно с какими‐то другими. Во-вторых, по сравнению с фМРТ, транскраниальная стимуляция хуже сфокусирована в пространстве, но зато ее можно идеально подогнать по времени. Если у вас, например, два подозреваемых участка и вы не знаете, кто из них вовлекается первым, а кто вторым, то ТМС позволяет подать импульсы, например, ровно через 100 или ровно через 300 миллисекунд после того, как человек увидел свое задание. И если выясняется, что один участок, чтобы все испортить, нужно стимулировать раньше, а второй, наоборот, позже, то логично предположить, что вот в такой последовательности они в этом задании и участвуют.

Это открывает широкие возможности для того, чтобы посмотреть, необходима ли моторная кора для понимания смысла слов. В 2017 году ученые из Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ опубликовали статью как раз об этом.

Вы приходите в лабораторию и выполняете там два задания. В одном задании вам показывают на экране русские слова, а вы должны, нажимая на кнопки на клавиатуре, указать, настоящие ли это слова (“рисуешь”) или выдуманные (“шмакишь”). В другом задании все слова настоящие, а ваша задача – определить, конкретные ли это действия (“пишешь”) или абстрактные (“веруешь”).

Пока вы все это делаете, над вами стоит человек с катушкой. Сразу, как только на мониторе на полсекунды возникло новое слово, катушка отправляет вам в моторную кору четыре импульса – бац, бац, бац, бац! – через каждые 50 миллисекунд. Работа моторной коры, управляющей движениями руки, у вас нарушается. Вам пробуют стимулировать поочередно то левое, то правое полушарие (а на кнопки вы каждый раз нажимаете той рукой, чье полушарие сейчас никто не трогает). С заданием вы в большинстве случаев справляетесь, но что здесь интересует исследователей – это время реакции. Сколько вы думали, прежде чем отнести слово к какой-нибудь категории. Вас просят думать как можно быстрее. Если вы тормозили больше полутора секунд, то на экране появляется укоризненное сообщение о том, что как‐то вы слишком медленно принимаете решения. (Сами же подействовали катушкой, да еще и ругают! Но в большинстве случаев людям, несмотря на катушку, полутора секунд хватало.)

Выяснилось, что если задание простое – определить, настоящее слово вам показали или нет, – то стимуляция моторной коры на его выполнение достоверно не влияет (хотя все настоящие слова были связаны по смыслу с движением рук). Совсем иначе дело обстояло со вторым заданием, в котором нужно было различать абстрактные глаголы и конкретные действия руками. Если вам при этом нарушить работу моторной коры в левом полушарии, то вы будете в среднем на 26,5 миллисекунды медленнее реагировать на слова вроде “рисуешь” и одновременно на 21,5 миллисекунды быстрее реагировать на слова вроде “веруешь” (по сравнению с ситуацией, когда вам не стимулируют ничего). Причем такой эффект есть именно для левого полушария, а для правого достоверных отличий в скорости реакции нет.

Если вас эта разница в полсотни миллисекунд не впечатляет, то это потому, что книжка моя началась с исторической части, где людям влетали в голову железные стержни, им вырезали целый гиппокамп, вживляли электроды в центр удовольствия и давали к нему рычажок и делали прочие ужасные вещи. Транскраниальной стимуляцией в принципе тоже можно и посильнее шибануть, но у нас теперь есть этические комитеты, и они предполагают, что людей не надо мучить сверх необходимого. Есть достоверное отличие в скорости реакции – вот и великолепно. Уже можно говорить о том, что да, моторная кора задействована в понимании смысла слов, связанных с движением. И это прямо очень круто. Не будьте кровожадными, лучше приходите в Вышку на эксперименты.

С помощью ТМС можно изучать не только движение или речь, но и по‐настоящему важные вещи. Например, желание съесть шоколадку. Для такого эксперимента вам требуются голодные студенты. Вы говорите им, что проводите исследование пищевых предпочтений и что в конце их покормят. Когда испытуемый поверил вам и пришел в лабораторию, вы сначала показываете ему много фотографий вкусной вредной еды, такой как чипсы и шоколадки, и просите оценить каждую по шкале от – 7 до +7 баллов в зависимости от того, насколько сильно ему хочется это съесть. Потом вы пятнадцать минут стоите над ним с катушкой. Потом даете испытуемому три талона по доллару каждый, за которые он может купить у вас еду на аукционе.

Аукцион устроен так: человек видит изображение еды и сообщает, сколько он готов за нее заплатить: 0 $, 1 $, 2 $, 3 $. После этого компьютер случайным образом назначает цену. Если человек предложил меньше денег, чем компьютер, еда достается компьютеру. Если больше или столько же, еда достается человеку. За новую картинку снова можно предлагать любую сумму – человеку в конце не отдадут всю еду, которую он успешно купил, а только что‐то одно, выбранное случайным образом. Остаток денег ему отдадут наличными. Такая процедура хороша тем, что человеку выгодно каждый раз говорить правду: предлагать за каждый продукт столько денег, сколько он действительно готов заплатить. Глупо отдавать 3 $ за шоколадку, которую вы на самом деле цените на 1 $, и не получить сдачи; но глупо и пытаться купить шоколадку за 1 $ с низкими шансами преуспеть, если вы на самом деле хотите ее настолько, что согласны отдать за нее все ваши 3 $.

В принципе, у всех людей есть линейная зависимость между результатами первой и второй оценки продуктов: чем больше баллов вы присудили конкретной шоколадке, тем больше денег вы за нее предложите во время аукциона. Но есть нюанс. Если вам подавить с помощью ТМС активность правой дорсолатеральной префронтальной коры, то в абсолютных числах вы каждый раз будете предлагать меньше денег, чем если с вами этого не делать.

Дорсолатеральная префронтальная кора участвует в принятии решений. Самых разных, не только по поводу шоколадок. Но в случае с шоколадкой (как предположили исследователи, базируясь на предыдущих томографических исследованиях) чем активнее работает дорсолатеральная префронтальная кора, чем больше сигналов она посылает своим соседям, тем выше вероятность, что вы эту шоколадку захотите. Что вы посчитаете ее ценным ресурсом и будете готовы отдать за нее свои доллары. И действительно, если пятнадцать минут воздействовать на дорсолатеральную префронтальную кору магнитными импульсами с частотой 1 Гц (то есть подавлять ее работу), то в среднем испытуемые платят в каждом раунде аукциона на 65 центов меньше, чем в обеих плацебо-группах, где либо подносили катушку к другому участку головы, либо использовали фальшивую катушку, которая стрекочет как настоящая, но радости от нее никакой. Прикладной вывод здесь очень важный: если вам кто‐то говорит, что у вас все плохо с целеполаганием и поэтому вы едите слишком много шоколадок, то смело отвечайте ему, что с целеполаганием у вас как раз все очень хорошо, а вот если бы вам его искусственно нарушили, то шоколадки привлекали бы вас меньше.

Почему нам вообще важно, что говорят другие люди? Этот вопрос тоже можно изучать с помощью ТМС. Но начинается все, как обычно, с томографических исследований, в которых ученые дают испытуемым какие-нибудь задачи и смотрят, какие отделы мозга вовлечены в их выполнение. Вот Василий Ключарев, например, просил своих испытуемых оценивать привлекательность фотографий человеческих лиц. После того как они выносили свое суждение, им сообщали, что другие люди (якобы) оценили эти фотографии по‐другому. Если делать все это в томографе, то выясняется, что такой конфликт приводит к увеличению активности задней медиальной фронтальной коры – и, более того, чем сильнее она активировалась, тем выше была вероятность, что в следующем раунде человек скорректирует свои оценки в соответствии с мнением группы. Активность прилежащего ядра (“центра удовольствия”) при расхождении с большинством, наоборот, снижается.

Другие исследователи, кстати, потом сделали еще одно интересное наблюдение: если человек заново оценивает те же самые фотографии, когда он уже узнал, что другие люди посчитали их более привлекательными, то он не просто повышает свою оценку в следующем раунде, а, по‐видимому, начинает искренне считать эти лица более красивыми. Во всяком случае, у него при виде этих фотографий сильнее, чем в первый раз, активируется прилежащее ядро.

Но на прилежащее ядро, к сожалению, с помощью ТМС не подействовать: оно слишком глубоко расположено. Магнитное поле уменьшается пропорционально квадрату расстояния, так что экспериментаторам доступны только поверхностные участки мозга. Но вот на медиальную фронтальную кору воздействовать можно. Этим и занялся дальше Василий Ключарев и его коллеги.

Испытуемым говорили, что ученые исследуют восприятие женских лиц, но фотографии начинали показывать не сразу – сначала подавляли активность медиальной фронтальной коры с помощью ТМС (а в плацебо-группах стимулировали другой участок коры или просто делали вид, как будто что‐то стимулируют). Сразу после этого испытуемым давали оценить женские лица, а потом сообщали, насколько привлекательным в среднем (якобы) посчитали это лицо 200 других студентов того же университета. Еще через 20 минут (когда испытуемые уже не помнили ни своих, ни тем более чужих оценок) им показывали те же самые фотографии еще раз.

Как и в других исследованиях с такими стимулами, выяснилось, что испытуемые всегда, независимо от того, на какой участок коры вы воздействовали (и воздействовали ли вообще), делают во втором раунде поправку на чужое мнение. Но контрольная группа в среднем сдвинулась в своих предпочтениях на 0,35 балла по восьмибалльной шкале. А вот те испытуемые, которым подавили активность медиальной фронтальной коры – необходимой для того, чтобы прислушиваться к общественности, – приближаются к чужой оценке только на 0,22 балла.

Я не знаю, сформировалась ли у вас уже привычка воспринимать себя как совокупность отделов мозга с разными функциями (в целом я нахожу ее очень полезной и именно такой взгляд на вещи в этой книжке исподволь вам навязываю). Но, по крайней мере, вы уже можете практиковаться на окружающих. Одно из главных жизненных преимуществ изучения нейробиологии заключается в том, что она помогает изысканно хамить. Когда в следующий раз захотите сказать кому‐то, что он приспособленец и подхалим, не имеющий собственного мнения, можете сформулировать это так: “Держите под контролем активность своей медиальной фронтальной коры”. Он ничего не поймет, а вам приятно.

Возможность вызвать у испытуемого мышечное сокращение, подействовав на его моторную кору, полезна не только для того, чтобы впечатлить журналистов или настроить оборудование перед экспериментами. Это еще и ценный диагностический инструмент. Существует множество заболеваний, при которых нарушается способность к управлению собственными мышцами, – это может быть и рассеянный склероз, и болезнь Паркинсона, и инсульт, и повреждение спинного мозга или периферических нервов в результате травмы. Транскраниальная стимуляция позволяет четко измерить, как конкретно эта способность была нарушена. Изменилась ли скорость проведения импульса от коры к мышце или сила мышечного сокращения, симметричны ли эти нарушения и так далее. Во многих случаях это дает возможность уточнить диагноз, разработать оптимальную стратегию лечения и затем контролировать, приводит ли это лечение к каким‐то результатам. А еще возможность стимулировать моторную (или речевую) кору бывает полезна при подготовке человека к нейрохирургическим операциям, чтобы заранее, до вскрытия черепа, уточнить границы участков, отвечающих за ту или иную функцию у конкретного пациента.

Но гораздо интереснее, конечно, применять ТМС не для диагностики, а непосредственно для лечения заболеваний мозга. Здесь внимательный читатель легко заметит противоречие: несколькими страницами раньше я чуть ли не клялась на “Происхождении видов…”, что изменения активности коры, возникшие в результате транскраниальной стимуляции, всегда кратковременные, ну, самое большее, на час, так что приходите, мол, на эксперименты и ничего не бойтесь, вы останетесь таким же человеком, как и были.

Я все могу объяснить. Для этого мне понадобится провести аналогию с тем, как работает человеческая память. В конце первой главы я рассказывала вам про людей, которые пережили сильные повреждения мозга, но удивительно легко отделались. Например, упоминала пациентку C. G. из Аргентины, которая после двух тяжелых инсультов благополучно справлялась со всеми неврологическими тестами, которые ей предлагали врачи. Было такое? Вы читали и вам было все понятно? Внимание, вопрос. Можете ли вы сейчас перечислить, какие конкретно неврологические тесты она проходила?

Я надеюсь, что нет. Вы в тот момент взяли это в кратковременную память, но потом выкинули из головы, как мы вообще делаем с большей частью информации, с которой сталкиваемся в течение дня. Впрочем, не совсем выкинули: если я вам сейчас напомню, что среди прочего ей предлагали закончить предложение, используя слово, подходящее грамматически, но не по смыслу (“Москва – столица нашей ежевики”), то вы подумаете: “Ах да, что‐то такое было”.

Более того, прямо сейчас из‐за моего вмешательства ваши воспоминания о пациентке C. G. укрепились. Это потому, что я заставила вас еще раз прогнать электрические импульсы по тем нейронам, которые в вашем мозге взяли на себя знакомство с пациенткой C. G. А каждый раз, когда вы используете какие‐то нейроны вместе, в них происходит магия и повышается вероятность того, что они соединятся друг с другом в более прочную сеть. Это и есть формирование долговременной памяти.

Существенно здесь то, что я могу заставить вас активировать эти нейроны с помощью текста книжки, а могла бы, в принципе, и с помощью электромагнитного поля – если бы существовала технология, позволяющая прицельно их найти и выборочно на них воздействовать. Вообще, важно понимать, что любые методы искусственного воздействия на мозг, от наркотиков до электродов, эффективны постольку, поскольку они способны вмешиваться в те процессы, которые наш мозг, в принципе, может осуществлять совершенно самостоятельно. У нас так или иначе где‐то есть нейроны для всего: чтобы учитывать общественное мнение, чтобы испытывать грусть, чтобы думать про пациентку C. G. Стимуляция может заставить их работать лучше или хуже, но она не может принести вам те способности, для которых у вас нет и не может вырасти нейронных ансамблей. Например, ТМС едва ли способна научить вас слышать ультразвук. Вы же не летучая мышь. Тут без генных инженеров не справиться.

Когда мы говорим, что транскраниальная магнитная стимуляция вызывает в мозге обратимые, кратковременные изменения, – то мы правы. В том же самом смысле, в котором первое прочтение текста про пациентку C. G. вызвало у вас в мозге обратимые и краткосрочные изменения. Вы не стали запоминать надолго, что именно с ней делали. Но если бы я по какой‐то причине решила рассказывать вам о ней в начале каждой главы (и вы бы при этом не бросили чтение), то к концу книжки история C. G. оказалась бы основным, что вы вообще вынесли из всего текста.

Теперь представьте, что человек с катушкой стоял над вами не 10 минут всего один раз. А по 40 минут каждый день. Несколько недель подряд. И все это время он заставлял ваши нейроны активироваться. Произойдут ли в результате какие‐то долгосрочные изменения в вашем мозге? По-видимому, да. Какие конкретно? Честно говоря, черт его знает. Разные. Слишком грубое и нелокализованное воздействие по сравнению с чтением книжки про C. G.

Самых заметных успехов на сегодняшний день врачи добились в применении ТМС для лечения большого депрессивного расстройства. Несмотря на то что депрессия продолжает оставаться довольно загадочной болезнью, при которой точно задействовано много разных отделов мозга и много биохимических процессов, происходящих в нем, но, по крайней мере, еще в девяностые годы стало понятно, что для сохранения трезвого и оптимистичного взгляда на мир человеку нужна лобная кора. Особенно дорсолатеральная. Особенно в левом полушарии.

Мысль о том, что на нее стоит попытаться подействовать с помощью транскраниальной стимуляции, возникла случайно, как это обычно и бывает. Когда в девяностые годы Альваро Паскуаль-Леоне и другие пионеры применения ТМС, в восторге от открывшихся новых возможностей, интенсивно изучали подавление речи, их испытуемые иногда начинали плакать. Сначала ученые предположили, что люди плачут просто от растерянности, что вот они могли говорить, а теперь не могут – кому такое понравится? Но потом углубились в чтение исследований о функциях лобной коры и заподозрили, что наткнулись на что‐то более интересное. К тому моменту уже было известно, что люди с повреждениями левой дорсолатеральной префронтальной коры (развившимися в результате инсульта или рассеянного склероза) страдают от депрессии чаще, чем пациенты, у которых болезнь затронула другие участки мозга. Что фармакологическое подавление работы левого, но не правого полушария (этого можно добиться, если ввести лекарства в сонную артерию – по медицинским показаниям, конечно) приводит к ухудшению настроения. Что у пациентов с депрессией снижена активность левой лобной коры и это видно во время фМРТ. Так что Паскуаль-Леоне взял (для начала) десять здоровых испытуемых, подавил им активность левой префронтальной коры, дал психологические опросники и убедился, что по шкале “грусть” они теперь набирают больше очков, а по шкале “счастье” – меньше. А значит, наоборот, если подобрать такие параметры стимуляции, чтобы кора работала более активно, то это может поспособствовать улучшению настроения. И это начали интенсивно исследовать.

Сегодня высокочастотная стимуляция левой дорсолатеральной префронтальной коры – в виде ежедневных продолжительных сеансов – предлагается тем пациентам, которым не помогли никакие более мягкие методы лечения депрессии. ТМС тоже помогает им не всегда. В систематическом обзоре, обобщающем результаты лечения 1371 пациента, говорится, что через 13 дней стимуляции полностью избавились от депрессии или по крайней мере показали значительное улучшение 47,9 % пациентов. Но в плацебо-группе этим могли похвастаться только 15,4 % участников, а значит, применение ТМС имеет смысл. Еще в 2008 году этот метод был одобрен FDA, то есть признан достаточно безопасным и эффективным, чтобы рекомендовать его для рутинного использования в клинике – еще раз подчеркну, только для тех пациентов, которым не помогли психотерапия и антидепрессанты.

Но как конкретно работает такое лечение? Я как популяризатор была бы больше всего счастлива, если бы изменения в мозге после ТМС были видны прямо на структурной томограмме. Это было бы очень просто объяснить. Вот мы подействовали на мозг, вот в нем наросло настолько много новых синапсов, что этот участок коры прямо увеличился в объеме, – все понятно, все видно, дайте нам следующий слайд. Но нет. Новые синапсы, наверное, растут, но не в тех масштабах, чтобы это было заметно без вскрытия. Вместо этого приходится использовать разнообразные более тонкие методы исследования, они показывают много разных изменений, причем нет никаких гарантий, что все эти изменения действительно связаны именно с лечением и ведут к ослаблению симптомов депрессии.

Но все‐таки есть о чем говорить. Во-первых, повышается активность левой дорсолатеральной префронтальной коры, увеличивается ее кровоснабжение. Во-вторых, увеличивается ее функциональная связность с другими отделами (то есть она более эффективно передает им сигналы), по крайней мере временно. В-третьих, меняется электроэнцефалограмма: в ней становится больше альфа-волн (ассоциированных со спокойным бодрствованием). В-четвертых, снижается уровень кортизола (“гормона стресса”) и уровень экспрессии генов, связанных с ответом на стресс. Скорее всего, увеличивается уровень BDNF (это еще одна моя любимая молекула, способствующая росту новых синапсов, я вам потом о ней подробнее расскажу). Что происходит с уровнем дофамина и других нейромедиаторов, непонятно, результаты противоречивые. То есть совершенно точно в мозге в результате стимуляции происходит много всего разного, суммарно это идет человеку на пользу, но есть куда копать, чтобы в светлом будущем лечение происходило более осознанно, чем по принципу “попробовали, людям помогает”. Но пока и на том спасибо.

FDA пока что одобрила применение транскраниальной стимуляции для лечения трех болезней: помимо большого депрессивного расстройства, еще для тяжелых мигреней (в 2013 году) и обсессивно-компульсивного расстройства (в 2018‐м). Но потенциально этот принцип – “если стимулировать кору подолгу и регулярно, то в ней произойдут долгосрочные изменения” – может оказаться полезным и в борьбе со многими другими заболеваниями. Стимуляция моторной коры позволяет улучшить координацию движений у людей, страдающих от болезни Паркинсона или проходящих реабилитацию после инсульта. Подавление чрезмерной активности зоны Вернике, отвечающей за распознавание речи, ослабляет слуховые галлюцинации у больных шизофренией. И так далее. Но существенно, что для большинства болезней пока что накоплено намного меньше информации, чем для депрессии, исследовано меньше пациентов, результаты экспериментов бывают противоречивыми, оптимальные параметры стимуляции и зоны ее приложения могут быть еще не найдены. Поэтому, если вам вдруг встретится человек с большой черной катушкой и предложит принести в его клинику много денег, чтобы решить все ваши проблемы, то соглашайтесь только после того, как самостоятельно почитаете исследования и убедитесь, что в случае ваших проблем транскраниальная стимуляция и в самом деле помогает. Пока что это не всегда так.

Транскраниальная магнитная стимуляция, о которой мы говорили все это время, – отличная штука, но, конечно, у нее есть недостатки. Во-первых, установка для ТМС стоит около двух миллионов рублей, так что не каждый университет может ее себе позволить. Во-вторых, испытуемых надо сначала отправить на МРТ, а томограф стоит еще в десять раз больше, так что, скорее всего, находится в каком‐то совершенно другом учреждении, с которым надо договариваться и долго ждать, пока до ваших участников исследования дойдет очередь. В-третьих, вам нужны очень высококвалифицированные сотрудники. В-четвертых, сами эксперименты требуют долгой и трудоемкой подготовки. Наконец, у транскраниальной магнитной стимуляции внушительный список противопоказаний (если вы признаетесь, что в пятом классе упали и ударились головой, экспериментаторы на всякий случай откажутся с вами работать), она может вызвать эпилептический припадок (хотя за десятилетия ее применения на многих тысячах испытуемых были зарегистрированы только единичные случаи), может привести к обмороку (почаще, но это тоже вряд ли случится с вами), может вызвать головную боль или дискомфорт (примерно у 30 % испытуемых, но об этом же сообщают и 15 % попавших в плацебо-группу). Словом, многие лаборатории предпочитают не связываться и выбирают транскраниальную электрическую стимуляцию.

По сравнению с ТМС, она простая, как апельсин. У вас есть два электрода – чаще всего это широкие металлические пластинки, обмотанные губкой, пропитанной физраствором. Вы приматываете их к голове испытуемого и пропускаете через них слабый-слабый ток, обычно около 1 миллиампера (в сто раз меньше, чем в лампочке карманного фонарика). Этого абсолютно недостаточно, чтобы заставить нейроны отправлять импульсы. Но дело в том, что нейроны и так постоянно отправляют друг другу импульсы совершенно самостоятельно – а с помощью транскраниальной электрической стимуляции вы облегчаете или затрудняете им эту задачу, потому что слабый наведенный ток влияет на потенциал покоя, то есть на разницу зарядов между внутренней и наружной сторонами мембраны нейрона.

Существуют две ключевые разновидности транскраниальной электрической стимуляции: с применением постоянного или переменного тока. Если вы используете постоянный ток, то зоны мозга, расположенные под катодом, становятся менее возбудимыми и, наоборот, под анодом – более возбудимыми. В случае переменного тока вы влияете на собственные ритмы мозга (те самые, которые регистрирует электроэнцефалограмма), навязывая ему какую‐то частоту импульсов и, соответственно, усиливая те процессы, которые происходят именно на этой частоте.

Магнитная стимуляция более или менее сфокусирована: с помощью хорошей современной катушки вы можете воздействовать на участок коры площадью около одного квадратного сантиметра. Электрическая же стимуляция в стандартном случае не сфокусирована совсем: сам электрод может быть, например, 5 на 5 сантиметров (или даже больше), и вот на все, что под ним находится, вы и воздействуете.

Неудивительно поэтому, что с помощью транскраниальной электрической стимуляции удобнее всего изучать процессы, которые затрагивают более или менее весь мозг целиком. Например, сон. Про него я еще буду рассказывать подробнее, но вот вам спойлер: по современным представлениям, сон нужен мозгу в первую очередь для того, чтобы рассортировать накопленную за день информацию и разобраться, что из этого имеет смысл перевести в долговременную память, а что стоит забыть навсегда. С одной стороны, поведенческие тесты демонстрируют, что люди, которые что-нибудь выучили, а потом вздремнули, воспроизводят эту информацию лучше, чем те, кто не спал. С другой стороны, электроэнцефалограмма демонстрирует, что во время стадии медленноволнового сна мозг генерирует – нетрудно догадаться по названию! – медленные волны. Связаны ли эти события друг с другом? Это можно проверить, если попросить испытуемых зазубрить длинные списки слов, сгруппированных попарно, а потом уложить их спать с электродами на голове. При этом половине спящих испытуемых вы усиливаете их собственные мозговые ритмы с помощью наведенной стимуляции на частоте 0,75 Гц, а контрольная группа тоже спит с электродами, но только выключенными. Наутро вы просите участников исследования воспроизвести слова, которые они запоминали вечером. Результат улучшается у обеих групп, потому что обе группы выспались, но все‐таки те, кто получал стимуляцию, вспоминают в среднем на три пары слов больше. Лиза Маршалл, которая еще в 2006 году опубликовала эти данные, к сожалению, до сих пор не выпустила на рынок шлем для улучшения памяти во сне, который помог бы нам всем готовиться к экзаменам. Вместо этого она сосредоточилась на перспективах улучшения памяти у пожилых людей, потому что небезосновательно предполагает, что возрастные нарушения памяти и возрастное снижение доли медленных волн во время сна – взаимосвязанные процессы. И действительно, если люди проводят свой дневной сон в лаборатории доктора Маршалл с электродами на голове, это здорово помогает им лучше припоминать те факты, которые они изучали перед этим.

Что еще интересного вы можете сделать со спящим человеком, если у вас есть прибор для транскраниальной электрической стимуляции? Например, научить его видеть осознанные сны. Они существуют, они признаны наукой, их изучали с помощью ЭЭГ и фМРТ. Судя по активности мозга, это некое промежуточное состояние между быстроволновым сном и бодрствованием. Оно сопровождается увеличением доли гамма-волн на частоте около 40 Гц, которые вообще‐то характерны для людей бодрствующих, причем сосредоточенных на решении какой‐то задачи. Соответственно, сразу возникает вопрос: что, если взять спящего человека и искусственно подействовать на его мозг в таком ритме? Урсула Фосс и ее коллеги укладывали испытуемых спать у себя в лаборатории, а в три часа ночи тихонько подходили к спящему и начинали ставить над ним опыты. Дожидались, пока человек перейдет в стадию быстрого сна (это легко определить по энцефалограмме), а потом на 30 секунд запускали транскраниальную электрическую стимуляцию переменным током – на разных частотах в разные дни. Или не запускали, если человек попадал в контрольную группу. Еще через 10 секунд человека будили (добровольцы на многое соглашаются ради науки!) и давали ему специальный опросник, призванный оценить, насколько осознанным был сон. Опросник содержит три шкалы: “инсайт” (осознание себя спящим), “диссоциация” (способность посмотреть на себя со стороны), “контроль” (способность управлять событиями в своем сне). Выяснилось, что люди, получавшие стимуляцию на частоте 25 Гц и 40 Гц, набирали в этих опросниках гораздо больше баллов, чем те, кто получал стимуляцию на других частотах или не получал ее вообще. Существенно, что ученые специально привлекали испытуемых, у которых раньше не было опыта осознанных сновидений, так что люди вдобавок получили массу удовольствия, хотя и описывали его довольно сумбурно: “Я разговаривала с актером Маттиасом Швайгхёфером и двумя студентами по обмену… и удивлялась, откуда взялся актер. И студенты сказали: ты ведь с ним уже знакома. И тогда я поняла, что сплю! В смысле, прямо во сне поняла! Так странно!”

Но, конечно, транскраниальную электрическую стимуляцию можно применять и к бодрствующим людям. Например, чтобы помочь им лучше справляться с несколькими заданиями одновременно. В 2016 году Джастин Нельсон и его коллеги провели эксперимент со служащими военной авиабазы – людьми, для которых способность распределять внимание между разными процессами критически важна. Им всем давали выполнять тренировочное задание, разработанное NASA специально для оценки многозадачности. Человек сидит перед экраном, на котором одновременно происходит много всего. Он должен следить за тем, чтобы лампочки горели правильными цветами. Чтобы дрейфующая цель удерживалась под прицелом. Реагировать на голосовые команды и переключаться с одной радиочастоты на другую. Контролировать уровень топлива по графической схеме. При этом в ходе получасовой тренировки скорость изменения всех этих параметров постоянно нарастает.

На голове у каждого участника, над левой дорсолатеральной префронтальной корой, был закреплен анод – тот электрод, который активирует расположенные под ним участки мозга. Катод, который обычно все подавляет, был закреплен на плече, потому что там у людей мозга нет. В начале эксперимента всем участникам включали постоянный ток силой 2 мА, чтобы они почувствовали легкое покалывание кожи. Но у экспериментальной группы стимуляция продолжалась полчаса, а в контрольной группе отключалась через 30 секунд.

Все эти полчаса люди сидели и выполняли задание. Правда, они все равно не успевали отслеживать все изменения, происходящие на экране. Сначала, пока происходило мало событий, они действовали все быстрее и быстрее, но потом выходили на плато и дальше работали с постоянной скоростью, неизбежно упуская часть заданий. Эта скорость определяется тем, как много заданий человек может одновременно удерживать в сфере своего внимания, что, в свою очередь, контролирует дорсолатеральная префронтальная кора. И выясняется, что если ее не стимулировать, то люди в среднем способны реагировать на одно изменение в секунду. А если стимулировать – то уже на 1,3 изменения.

“Если все так круто, – спросите вы, – то почему же транскраниальная электрическая стимуляция до сих пор не пришла в каждый дом?” На самом деле, она пытается, есть целые сообщества фанатов, которые скручивают приборчики для ТЭС или заказывают их в интернете, цепляют их себе на голову и в таком виде, например, медитируют или делают домашнее задание по математике. Но научное сообщество относится к этому скептически и призывает соблюдать осторожность. Напоминает, что транскраниальная электрическая стимуляция совершенно не сфокусирована и затрагивает кучу разных зон. Что ее эффекты отличаются в зависимости от того, чем вы, собственно, занимаетесь в это время. Что она может улучшить какие‐то функции, но в ущерб другим. Что если вы добьетесь с помощью регулярного воздействия долгосрочных эффектов, то они ведь могут и действительно оказаться долгосрочными, будете еще полгода другим человеком, и хорошо еще, если улучшенной, а не ухудшенной версией себя. Что даже небольшие изменения силы и продолжительности стимуляции могут радикально изменять ее эффект. Что есть большие отличия между тем, как реагируют на стимуляцию разные испытуемые, и вообще примерно 30 % участников реагируют на нее прямо противоположным образом относительно запланированного (но этого не видно в усредненных результатах эксперимента, которые попадают в новости). Что одно дело – это медицинские исследования или разовое воздействие в лаборатории, где ученые сто раз взвесят риски, расспросят вас о противопоказаниях и при любых сомнениях выгонят из лаборатории, потому что неприятности им не нужны, а другое дело – эксперименты над собой, особенно когда ими занимаются люди, которые вообще довольно смутно представляют, где именно у них находится дорсолатеральная префронтальная кора.

Собственно, даже и с медицинскими исследованиями имеет смысл соблюдать осторожность. Транскраниальная электрическая стимуляция очень хорошо подходит для всяких жуликов от медицины, потому что стоит недорого, звучит наукообразно и относительно безопасна для пациента. Так что если человек в белом халате предлагает вам принести в его клинику много денег, чтобы электроды на голове излечили вас от всех болезней, то не несите деньги сразу. Сначала попросите ссылки на исследования эффективности ТЭС для вашего заболевания и оцените эти статьи хотя бы по формальным критериям. В приличных ли журналах они опубликованы? Какого размера была выборка? Была ли контрольная группа? Обратили ли внимание на это исследование другие ученые?

Самое смешное, что какие‐то статьи о пользе метода вам в любом случае предоставят. Ну просто потому, что в мире каждый год выходит около двух миллионов научных статей, из них около десяти тысяч – про транскраниальную электрическую стимуляцию. В них можно найти подтверждения более или менее чему угодно, по крайней мере на уровне “кто‐то когда‐то попытался, и вроде бы что‐то у него получилось”. Соглашайтесь платить деньги за лечение только в том случае, если метод проверен хотя бы на сотнях людей, исследования были плацебо-контролируемыми, они опубликованы в журналах с импакт-фактором не меньше двух (чем больше, тем лучше) и были процитированы хотя бы в десятках других работ.

На самом деле проблема глубже. Она касается любых исследований во всех областях науки. Она проявляется на всех этапах передачи информации, от исходного планирования лабораторного эксперимента и до освещающего его научно-популярного ролика на Ютюбе. Дело в том, что абсолютно все счастливы, когда у исследования есть результат: выдвинули гипотезу, проверили, и – ура, она подтвердилась. И никто не любит те исследования, в которых ничего интересного обнаружить не удалось.

Соответственно, вот ученые проводят эксперимент. Они, например, протестировали десять человек и уже нашли статистически достоверное отличие между экспериментальной и контрольной группой. Тогда они счастливы и готовят свою статью к публикации. Всё же в порядке. А вот если они этого отличия не нашли, то тогда они начинают тщательно пересматривать свою методику, наращивать выборку, применять другие алгоритмы статистической обработки данных – и продолжают в этом духе до того момента, когда отличие все‐таки появится, пересечет волшебный порог “p<0,05”, означающий, что результат, с вероятностью 1 к 20, не получился у них случайно, в силу неучтенных отличий между людьми, попавшими в одну и во вторую группу.

Если все сделано правильно, а отличия между группами так и не нашлось, то это проблема. Потому что все хотят публиковаться в крутых научных журналах. То есть в высокоцитируемых. А они придирчивы и переборчивы и при прочих равных гораздо охотнее возьмут статью с выводом “эффект есть”, чем с выводом “эффекта нет”. Потому что хотят и дальше оставаться высокоцитируемыми. Так что если исследователи эффекта не нашли, то они идут в журнал похуже и публикуются там. (Нам как потребителям научной информации это явление полезно в том смысле, что мы можем с чистой совестью не обращать внимания на те работы, в которых эффект как раз есть, а журнал при этом все равно плохой: “Что же вас, голубчики, в хороший журнал не взяли с таким открытием? Вероятно, есть в вашей работе какие‐то серьезные проблемы”.)

Дальше юный исследователь ищет информацию и видит две похожие работы. В одной эффект есть, во второй эффекта нет. Но первая опубликована в хорошем журнале, а вторая в плохом. “Значит, на самом деле эффект есть, – думает юный исследователь, – а эти неудачники просто попали в плохой журнал, потому что у них были какие‐то ошибки и вообще они небрежно работали”. И цитирует, скорее всего, преимущественно те статьи, в которых эффект есть, потому что ему же надо обосновать для грантодателя, для научного руководителя и для коллег, почему он решил заниматься именно этой темой. Но он все‐таки ради объективности хотя бы в скобках упомянет, что вот у некоторых исследователей эффекта не было.

Другое дело – научный журналист. Много вы видели новостных статей с заголовками в духе “Ученые не обнаружили влияния транскраниальной стимуляции на рабочую память”? Да не смешите. Какой дурак будет такое писать? Вот же есть исследование, про которое можно написать новость с заголовком “Ученые обнаружили влияние транскраниальной стимуляции на рабочую память”. Оно еще и опубликовано в журнале получше.

Серьезно, мы работаем ради того, чтобы вам было интересно. Мы не обманываем вас специально, но постоянно, даже не задумываясь, непроизвольно вводим в заблуждение – в том смысле, что выбираем для вас самые яркие исследования с самыми крутыми результатами. Нам очень нравится нейробиология, и мы хотим, чтобы вам она тоже нравилась. Благо есть за что. Но когда она понравится вам настолько, что вы пойдете в нашу прекрасную магистратуру по когнитивным наукам и там обнаружите, что мозги у людей, черт возьми, разные и в экспериментальной науке все оказывается даже не так гладко, как в учебнике, не говоря уже о научно-популярной книжке, – не говорите тогда, что я вас не предупреждала.