Глава четвертая

В поисках Годо

Одно из величайших достижений современной медицинской техники – изобретение инструментов для сканирования мозга и процедур, которые позволяют врачам и ученым рассматривать живое содержимое черепа, не прибегая к хирургической операции. Эти процедуры оказали мощнейшее воздействие на научный прогресс, удостоились двух Нобелевских премий и, возможно, сказались на формировании популярных представлений о мозге сильнее всех остальных аспектов современной нейрофизиологии. Судя по распространенности и авторитетности методов сканирования мозга они, похоже, сами обрели сакральный статус. В наши дни ежегодно публикуется свыше 10 тысяч научных статей по медицине, где так или иначе упоминается сканирование мозга. Кроме того, сканирование мозга упоминается даже в столь далеких от нейрофизиологии областях, как экономика и юриспруденция. Сканы мозга вы наверняка видели: либо вращающиеся на экране трехмерные, на которых видно местоположение опухоли, либо переливающиеся яркими цветами, где показано, как на мозг влияет то или иное лечение или решение той или иной задачи. Если вам доводилось попадать в больницу с любыми неврологическими жалобами, вам, скорее всего, в ходе обследования делали рентгеновскую компьютерную томографию (КТ) или магнитно-резонансную томографию (МРТ), так что вращающийся мозг и переливы цвета, возможно, были ваши. Очень многие из нас знакомятся с собственным мозгом именно благодаря сканированию.

Самая удивительная разновидность сканирования мозга – так называемое функциональное сканирование, изучение при помощи изображений мозга в действии, а не просто его структуры. Как правило, его проводят при помощи функциональной МРТ или фМРТ – этому методу я посвятил большую часть собственной карьеры. В девяностые годы прошлого века фМРТ стала самым мощным методом картирования мозговой деятельности человека, а в дальнейшем она прочно закрепилась как основа нейрофизиологических исследовательских программ во всем мире. Чтобы провести эксперимент с фМРТ, исследователи делают множество сканов мозга человека, лежащего в аппарате для МРТ в течение некоторого времени, и соединяют их, как фильм. Затем они анализируют серию изображений и выявляют перемены, зависящие от времени, соответствующие каким-то занятиям или ощущениям испытуемого. Эти перемены показывают, как влияют на поведение испытуемого разные отделы мозга. При помощи фМРТ исследователи смогли выявить отделы мозга, отвечающие за восприятие форм, цветов, запахов, вкусов, за ошибки, действия, эмоции, вычисления и многое другое. Иногда ученые ставят и более рискованные задачи – например, ищут, какие области мозга отвечают за юридическое мышление или за то, что человек предпочитает пепси-колу кока-коле. В клинической практике врачи и ученые применяют фМРТ и смежные методы для распознавания аномалий мозговой деятельности, связанных с различными болезнями, например, с аутизмом или шизофренией. «Влияние исследований, основанных на фМРТ, изменило нашу жизнь», – говорит Брюс Розен, один из изобретателей этого метода. Ежегодно выходят сотни газетных статей, где речь так или иначе идет о фМРТ, так что этот метод воспринимается как флагман современной нейробиологии. Читателей интригуют броские заголовки вроде «Вот как выглядит мозг политика» или «Наблюдаем, как влюбленность истощает мозг». Особого внимания удостаиваются смелые заявления, что сканирование мозга позволяет читать мысли, разоблачать обман и помогать маркетологам продвигать товары. Психиатр Салли Сэйтел и психолог Скотт Лилиенфельд в разговоре о всеобщем энтузиазме по поводу подобных историй выразили сожаление, что функциональное картирование мозга в итоге вытеснило другие действенные методы анализа ментальных и поведенческих феноменов. При этом они признают, что «легко видеть, почему сканирование мозга так соблазняет всякого, кто мечтает приподнять завесу тайны над ментальной жизнью окружающих».

Поскольку сканирование мозга позволяет встретиться один на один с живым человеческим мозгом, резонно представить себе, что фМРТ могла бы стать и противоядием против сакрализации мозга. Ведь для осознания биологической реальности, стоящей за разумом и душой человека, нет ничего полезнее, чем увидеть, как работает мозг у тебя в голове, при помощи функционального томографа и тому подобных приборов. В 2008 году появилась статья, вызвавшая много споров, авторы которой, психологи Дэвид Маккейб и Алан Кастел, предположили, что сканы мозга так привлекают дилетантов именно потому, что «обеспечивают абстрактным когнитивным процессам физическую основу». Однако из этой главы мы узнаем, что в пользу такой точки зрения недостаточно доказательств. Более того, результаты сканирования мозга часто толкуются противоречиво и тем самым дают возможность выбирать между совершенно несовместимыми концепциями сознания и мозга. Даже главные научные открытия, сделанные при помощи сканирования мозга, – выявление областей мозга, ответственных за конкретные когнитивные задачи, – парадоксальным образом укрепляют дихотомию разума и тела, которую мы рассмотрели в предыдущих главах. Постараюсь доказать, что, если мы хотим в полной мере оценить место мозга в природе человека, нам следует заглянуть далеко за пределы возможностей современных методов сканирования мозга.

* * *

Для начала проверим, как вы отреагируете на настоящие данные функционального сканирования мозга. Рассмотрим рисунок 6. Со страницы на вас таращится пара пятнистых серых на черном эллипсоидов. Правый – скучный, почти что однотонный, зато левый весь испещрен яркими искорками. Если вы с луны свалились, то эти картинки ничего вам не скажут, – не более чем принаряженные пятна Роршаха, которым можно приписать какой угодно смысл. Но если вы, как и многие наши современники, натренированы массой подобных изображений в СМИ, то, вероятно, знаете, что это изображения мозга. По воле случая левый и правый овалы – это функциональные сканы мозга двух разных групп испытуемых. Скучный мозг справа – «группа, страдающая ожирением». Яркий мозг слева – «группа, не страдающая ожирением». Переливы тона, отсутствующие на картинке справа, отражают активацию области мозга под названием «префронтальная кора». Ниже красуется пояснение: «У испытуемых, страдающих ожирением, при демонстрации изображения пищи менее активированы области мозга, отвечающие за самоконтроль». Из этой зарисовки очевидным образом следует, что сканирование мозга помогает объяснить, как люди, страдающие ожирением, реагируют на пищу.

Верите ли вы этим результатам? Кажутся ли они вам интересными, а может быть, и неожиданными? Изменилось бы ваше мнение, если бы пояснение не сопровождалось сканами мозга? Влияют ли на вашу реакцию ваши представления о разуме и душе? Например, если вы религиозны, заставляет ли вера рассматривать сканы мозга и сопутствующее пояснение с большим или меньшим скептицизмом?

Рис. 6. Клиническая зарисовка с примерами функциональных сканов мозга из исследования Хук и Фара, изучавших воздействие сканов головного мозга на убеждения. Области активации обведены тонкими линиями из точек, положительные – светло-серые, отрицательные – темно-серые. Адаптировано с разрешения авторов по материалам статьи C. J. Hook and M. J. Farah, «Look again: Effects of brain images and mind-brain dualism on lay evaluations of research», «Journal of Cognitive Neuroscience» 25 (2013): 1397–1405, © 2013 Massachusetts Institute of Technology

Нейрофизиологи-когнитивисты Кейси Хук и Марта Фара задали эти вопросы в ходе масштабного исследования реакции на сканы мозга, проведенного в 2013 году. В частности, целью ученых было проверить гипотезу Маккейба и Кастела, согласно которой сканы производят такое сильное впечатление, поскольку показывают, что у ментальных процессов есть физические проявления. Если бы гипотеза Маккейба – Кастела была верна, рассуждали Хук и Фара, то те, кто верит в бестелесную душу, были бы сильнее прочих удивлены такими результатами сканирования мозга и не так охотно соглашались бы с ними. Показать таким дуалистам данные фМРТ – все равно что представить инопланетян человеку, который отрицает внеземную жизнь. С другой стороны, те, кто верит, что разум полностью материален, отнесутся к данным сканирования совершенно спокойно. Эти люди, которых часто называют физикалистами, вероятно, и так считают, что вся магия происходит в мозге, и совершенно не удивятся очередным новостям о связи мозга с поведением.

Примечательно, что по данным Хук и Фара дуалисты и физикалисты реагировали на предъявленные им данные функционального сканирования мозга одинаково. Примеры данных о физической манифестации разума в мозге удивляли и интересовали дуалистов в той же мере, что и физикалистов, – или наоборот. Более того, испытуемые реагировали примерно одинаково и на клиническую зарисовку без самих сканов, и на сканы с пояснением, хотя изначально исследователи предполагали, что изображения должны несколько подхлестнуть интерес. «Мы опросили 988 испытуемых, – заключили ученые, – и практически не нашли свидетельств, что сканирование мозга как-то влияет на имеющиеся дуалистические убеждения, если испытуемые сами в них признавались». Но если сканирование мозга доказывает, что у сознания есть сугубо биологическая основа, должно было быть совсем иначе.

Оказывается, убежденные дуалисты относятся к данным сканирования мозга вовсе не с недоверием или отвращением: напротив, они охотно соглашаются, что функциональное сканирование мозга – прекрасный инструмент для изучения бестелесной души, в которую они верят. Один из них – Далай-лама. В последние 10 лет духовный лидер тибетского буддизма сотрудничал с Ричардом Дэвидсоном, когнитивистом из Университета штата Висконсин. Они совместно провели серию экспериментов по сканированию мозга тибетских монахов во время медитации. Согласно догматам буддизма, медитация – один из восьми шагов по духовному пути к нирване, вечному спасению из бесконечного цикла рождений, смертей и реинкарнаций. Однако Дэвидсон с коллегами обнаружили явные физические различия между паттернами мозговой деятельности при медитации у монахов и у послушников. Результаты показали, что буддистские практики монахов влияют на то, как ведет себя их мозг во время медитации, и это прекрасно совместимо с дуалистическими представлениями самого Далай-ламы. Физикалисты скажут, что данные сканирования, которое проводил Дэвидсон, что-то говорят о том, какая мозговая деятельность стоит за актом медитации и за сознанием в целом, но Далай-лама переворачивает все с ног на голову. Он говорит, что его интересует, «в какой степени влияет на мозг само сознание, а особенно мысли о духовном».

Работы Дэвидсона по изучению медитации у тибетцев относятся к области, которую иногда называют нейротеологией: речь идет о применении сканирования мозга и смежных методов для анализа мозговой деятельности во время самых разных духовных и религиозных практик. Само существование этой научной дисциплины основано на совместимости функционального сканирования мозга и религии. Нейротеологические лаборатории сопоставляли мозговую деятельность у верующих и неверующих во время логических рассуждений, морализаторства или молитвы. Эти исследования ведутся благодаря множеству верующих добровольцев, которые, очевидно, совсем не считают, что такие эксперименты противоречат их традиционным представлениям о душе. Большим пропагандистом нейротеологии был Эндрю Ньюберг из Пенсильванского университета, известный своими трудами по функциональному сканированию мозга. В ходе одного исследования группа Ньюберга набрала испытуемых из числа христиан-харизматов и пятидесятников и предложила им практиковать глоссолалию – вводить себя в эйфорическое состояние «говорения на разных языках». «Едва ли наука чем-то угрожает вере», – говорил пастор Джерри Штольцфус, участвовавший в экспериментах. Позиция Штольцфуса очень напоминает представления Далай-ламы: «Наука лишь обосновывает веру», – утверждает он.

Ведущий нейротеолог Марио Борегар не ограничивается изучением духовных феноменов в мозге. Он автор нескольких книг, в которых отстаивает нематериалистические представления о сознании, но при этом приводит данные сканирования мозга, чтобы задокументировать неврологические параллели мистического опыта. В статье, опубликованной в «Scientific American» в 2007 году, работы Борегара называются «поисками Бога в мозге». Борегар, как и Далай-лама, полностью признает, как важен для нас мозг, но считает его рабом бестелесного духа. «Существует огромное множество научных исследований, доказывающих, что наши мысли, верования и чувства влияют на происходящее в мозге», – пишет он. По мнению Борегара, томограф для функционального магнитно-резонансного сканирования – это инструмент, выявляющий, как дух воздействует на вещество мозга, а не объясняющий, что такое дух, с материальной точки зрения.

Все эти примеры, начиная с опроса Хук и Фара и кончая работами Борегара, показывают, что исследования фМРТ вполне можно примирить со сверхъестественными представлениями о разуме или душе. Словно мы, применяя фМРТ, чтобы приподнять завесу тайны над нашей ментальной жизнью, видим примерно то, что хотим. Хотя одни считают, что мозг порождает разум, а другие – что разум контролирует мозг, участие в этом мозга никого не удивляет. Даже Рене Декарт, чье имя стало синонимом дуализма, утверждал, что дух взаимодействует с телом через крошечную структуру в мозге – так называемое шишковидное тело. Сканирование мозга не дает информации, которая позволила бы доказать или исключить подобное взаимодействие между разумом и мозгом, и поэтому не может служить основой для разграничения между дуализмом и физикализмом. Чтобы понять, почему, давайте приоткроем завесу тайны над самими методами сканирования мозга и присмотримся к тому, какие знания они нам дают.

* * *

Современное сканирование мозга родилось в скучной больничной палате в Уимблдоне, неподалеку от тех мест, где проводят знаменитый теннисный турнир. Первого октября 1971 года женщина средних лет улеглась на спину на высокие носилки и согнула колени. Ее голова исчезла в большом прямоугольном ящике примерно метр на метр и толщиной в 25 см, стоящем на ребре на массивной станине. К одному ребру квадрата была подсоединена цилиндрическая капсула, которая плавно бегала от одного угла к другому, будто приманка на собачьих бегах. После каждого пробега капсулы квадрат, резко дернувшись, поворачивался вокруг головы пациентки. Капсула бегала, квадрат поворачивался, и этот ритм повторялся снова и снова – будто работал огромный неуклюжий часовой механизм. Через пять минут квадрат совершил вокруг головы женщины пол-оборота. В соседней комнате, набитой электроникой космической эры, на компьютерном экране мелькала картинка: белый овал на черном фоне. Темное, со слабо просматривающейся текстурой ядро овала было рассечено надвое туманной светлой полосой, но с одной стороны симметрия была грубо нарушена маленьким черным пятном. Все это было похоже на картину Миро, но на самом деле представляло собой первый клинический скан мозга, а получили его Годфри Хаунсфилд и его коллеги при помощи прототипа рентгеновского КТ-сканера. У дамы с портрета была опухоль мозга – темное пятно в овале. Впоследствии ее удачно прооперировали, что было бы невозможно без этого блестящего достижения научного прогресса – сканирования мозга.

Основной принцип КТ – измерение рентгеновской проницаемости исследуемых тканей подо всеми возможными углами и во всех возможных положениях; установка Хаунсфилда позволяла сделать это при помощи собачьей приманки и вращающегося квадрата, в которых были установлены источник и детектор рентгеновских лучей. Затем изображение реконструировалось при помощи математического алгоритма. Однако КТ дает статичные изображения. В некоторых случаях КТ помогает выявить причины когнитивных расстройств, поскольку находит поврежденный участок, но она не показывает, что делает мозг во время сканирования.

Первые сканы мозга, позволяющие наблюдать биологические процессы в динамике, получались с использованием радиоактивных меток. Эти вещества почти аналогичны природным биологическим или фармакологическим молекулам, и, когда их вводят в организм при помощи инъекции или пациент принимает их внутрь, они занимают те же места и делают то же самое, что и их нерадиоактивные близнецы. Кроме того, радиоактивные метки испускают гамма-фотоны, которые легко проходят сквозь биологические ткани. Поскольку это излучение можно зарегистрировать неинвазивно даже при крайне низких дозах меток, риск побочных эффектов сведен к минимуму. Метки, которые называются «излучатели позитронов», испускают два гамма-фотона одновременно, что обеспечивает особенную пространственную точность и чувствительность метода. Трехмерные изображения этих молекул удалось получить при помощи позитронно-эмиссионного томографа (ПЭТ), который изобрели в 1975 году Майкл Тер-Погосян, Майкл Фелпс и их коллеги из Университета имени Вашингтона в Сент-Луисе. ПЭТ-сканирование быстро стало основой нескольких методов, позволяющих картировать те или иные аспекты мозговой деятельности. Один из них дает возможность наглядно рассмотреть метаболизм мозга при помощи позитрон-излучающей версии глюкозы (сахара) крови, главного источника энергии для нашего организма. Радиоактивный агент 18F-фтордезоксиглюкоза (ФДГ) накапливается в тканях мозга пропорционально расходу глюкозы. Повышение радиоактивности ФДГ можно наблюдать и делать заключение, какие области мозга особенно активны, по крайней мере с точки зрения «потребления топлива». Другой метод функциональной ПЭТ применяет радиоактивные метки, которые запускаются в кровоток – [¹⁵О] – меченую воду и [¹³N] – меченый аммиак, – и таким образом измеряет перемены в мозговом кровообращении. Усиление кровообращения вызывается активностью нейронов, а значит, приводит к притоку меток в активные области мозга. Колебания кровообращения труднее интерпретировать в терминах нейронных механизмов, зато возникают они быстрее, чем измеримые изменения скорости обмена веществ. Аналогично работают и другие методы – при помощи радиоактивных меток, специально созданных для взаимодействия с теми или иными ферментами или рецепторами, исследуются конкретные нейрохимические процессы с участием этих ферментов или рецепторов.

Многие первые методы ПЭТ широко применяются и по сей день, их арсенал пополнился и методами с использованием новых меток. Например, в число недавних открытий вошла разработка ПЭТ-меток, выявляющих патологическую картину болезни Альцгеймера, – над их созданием работали Уильям Кланк и другие ученые из Питсбургского университета. Однако изучение при помощи ПЭТ различных видов мозговой деятельности имеет свои недостатки. В частности, ПЭТ-сканы обладают довольно грубой зернистой пространственной структурой, то есть у них низкое разрешение. Для них типичен размер пикселей в несколько миллиметров, а значит, каждая точка на ПЭТ-скане соответствует десяткам тысяч клеток, а иногда затрагивает не один отдел мозга. А главное, ПЭТ-сканы делаются чудовищно медленно по сравнению с мозговыми процессами наподобие восприятия или мышления. Даже самые высокоскоростные эксперименты с функциональной ПЭТ требуют на создание одного скана около минуты, то есть почти в тысячу раз больше, чем требуется, чтобы узнать кого-то в лицо, и примерно в пять раз больше, чем потребовалось на всю игру в шахматы-блиц чемпиону мира Магнусу Карлсену, чтобы победить Билла Гейтса.

Некоторые недочеты ПЭТ удалось обойти благодаря принципиально иной технологии сканирования, которую разработал Пол Лотербур из Университета штата Нью-Йорк в 1973 году. Лотербур был химик и специализировался на методе спектроскопического анализа, который называется ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Эффект ЯМР заключается в том, что ядра некоторых атомов, чаще всего – атомов водорода в воде, помещенные в сильное магнитное поле, поглощают радиоволны конкретных частот. Лотербур открыл способ применять ЯМР для выявления положения поглощающих ядер в пространстве. Поскольку биологические ткани по большей части проницаемы для радиоволн (которые для них безвредны), новый метод сканирования на основе ЯМР идеально подошел для визуализации живых мягких тканей в трех измерениях. Когда сканирование методом ЯМР завоевало уважение медицинского сообщества и вошло в обиход, из названия убрали букву «Я», обозначающую грозное слово «ядерный», и теперь этот метод широко известен под названием МРТ – магнитно-резонансная терапия. МРТ быстро стала популярной, поскольку превосходно передает все анатомические подробности мягких тканей, в частности, тканей мозга.

В начале девяностых годов ученые открыли способы проводить при помощи МРТ функциональное сканирование мозга. В первой опубликованной статье о фМРТ Джек Белливо, Брюс Розен и их коллеги из Массачусетской государственной больницы в Бостоне повторили более ранние эксперименты с ПЭТ, введя во время сканирования МРТ-контрастный агент в кровь добровольцев. Затем ученые смогли составить карту мозговой деятельности, проследив, где накапливается контрастный агент при визуальной стимуляции. Примерно тогда же другая группа ученых из Лабораторий Белла во главе с Сэйдзи Огавой показала, что кровь сама может служить природным контрастным агентом для фМРТ. Поскольку и кислород, и железо в крови обладают слабыми магнитными свойствами, небольшие изменения кровотока и насыщенности кислородом можно зарегистрировать, и не прибегая к инъекциям. Подобные эффекты наблюдаются в пределах секунд, пока обострена мозговая деятельность, и служат основой большинства современных экспериментов со сканированием мозга.

Неудивительно, что зависимость от крови накладывает на применение фМРТ определенные ограничения. Пространственное разрешение фМРТ фундаментально ограничено расстояниями между кровеносными сосудами мозга. Это примерно одна десятая часть миллиметра, гораздо больше, чем размер клеток мозга. Большинство сигналов фМРТ, скорее всего, отражают совокупную деятельность множества разных типов нейронов и нейроглии, а также, вероятно, изменения кровотока, не связанные с местной мозговой активностью. Так что и сотни химических посредников, которых мы обсуждали в главе 2, и синапсы и связность клеток из главы 3 – все это становится пренебрежимо малыми величинами. Специалист по сканированию мозга из Беркли Джек Галлант говорит, что «фМРТ – это как измерять расход электричества в офисе в конкретные моменты времени с целью выяснить, что происходит на каждом рабочем месте». Кроме того, исследователей огорчает, что фМРТ такая медленная по сравнению с активностью нейронов. Представьте себе, что вы смотрите кино, которое размазано так, что каждый кадр длится несколько секунд. Тогда наши любимые герои приключенческих фильмов: Рокки и Иван, Роза и Джеймс Бонд, Оби-Ван и Дарт Вейдер – превратились бы в непонятные цветные пятна. Точно так же сказывается кровоток на данных фМРТ. Поэтому ученые иногда дополняют фМРТ данными более быстрых методов наблюдения – электроэнцефалографии (ЭЭГ) и магнитоэнцефалографии (МЭГ). Но хотя МЭГ и ЭЭГ быстро реагируют на электромагнитную активность мозга, они не в состоянии локализовать эту активность, в отличие от фМРТ, которая далеко превосходит их в этом отношении по точности и надежности.

К тому же сигналы, которые регистрирует фМРТ и другие методы функционального сканирования, очень малы: обычно мозговая деятельность порождает всплески максимум в несколько процентов от яркости изображения. Такие небольшие изменения наблюдаются на фоне флуктуаций из-за движений испытуемого, нестабильности оборудования для сканирования и физиологических процессов, не имеющих отношения к исследованию. Поэтому исследователям приходится очень постараться, чтобы выделить изменения на изображении, действительно связанные с теми или иными стимулами и явлениями, которые они пытаются изучить. Для этого, как правило, применяется обширный вычислительный анализ десятков повторяющихся исследований на множестве испытуемых при различных условиях эксперимента. Результаты подобных вычислений обычно изображаются в виде ярких цветных пятен на месте областей мозга, которые, по предположению ученых, были особенно активны, на фоне черно-белых анатомических изображений (см. рис. 6). Эти картинки – самая надежная информация о мозговой деятельности человека, какую мы способны получить на сегодня, но на самом деле они не показывают, что делает мозг в тот или иной момент времени, и на них почти никогда не виден мозг какого-то одного конкретного человека. Функциональные карты мозга – это глубоко переработанные статистические данные множества изображений, зачастую далекие от стоящих за ними биологических процессов, как болонская копченая колбаса от свиньи.

Поразительные вычислительные фокусы, при помощи которых анализируют данные сканирования мозга, чреваты не менее поразительными провалами. Молодой ученый Крэйг Беннетт из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре показал это на довольно жестоком примере: он применил невинные методы фМРТ к мертвому лососю и обнаружил у него мозговую активность. Беннетт и его коллеги сканировали мозг усопшей рыбы, «показывая» ей фотографии, и несколько пикселей в ее мозге показали что-то вроде реакции на картинки, статистически типичной для экспериментов подобного рода, отчего на фМРТ получилась картина активности мозга, что называется, с душком. На самом деле то, что ученые принимают за реакцию мозга, иногда вызвано случайными флуктуациями на изображениях, которые не удалось выявить и исключить обычными методами анализа. Беннетту оказалось непросто опубликовать свою сатирическую статью, однако в итоге его заслуженно наградили Шнобелевской премией, которую присуждают «за достижения, которые сначала вызывают смех, а потом заставляют задуматься». Другое исследование, подорвавшее авторитет фМРТ, провел студент Массачусетского технологического института Эд Вуль, который обнаружил, что авторитетные статьи о сканировании мозга сплошь и рядом приводят статистически невозможные результаты – то есть все равно что утверждают, будто при бросании монетки шансы получить орла могут быть больше 50 на 50. В результате таких заблуждений авторы оскандалившихся исследований находили неправдоподобно надежные корреляции между отделами мозга и сложными стимулами. Хотя ошибки, на которые указывали Беннетт, Вуль и их коллеги, встречаются не только при исследованиях сканирования мозга и отнюдь не обусловлены их спецификой, все же риск в этой области особенно велик, поскольку сигналы очень малы, а базы данных огромны.

Косвенность и плохое разрешение современных методов, как видно, дают простор для толкований и не позволяют отсечь сторонние факторы. Примеры вроде исследования мозга лосося говорят нам и о том, как легко исказить результаты, если просто отнестись к организации или анализу эксперимента без должного усердия. Мы уже убедились, что разные люди смотрят на полученные изображения и видят на них кто разум, влияющий на мозг, кто мозг, занятый исполнением функций разума, – сканы мозга одинаково авторитетны как для дуалистов, так и для физикалистов. Если мы поймем, что на самом деле говорят нам данные функционального сканирования мозга, можно будет приблизиться к разгадке этого противоречия. Сегодняшние карты мозговой деятельности настолько неразборчивы, что мы, глядя на них, можем вообразить практически что угодно.

* * *

Моя коллега по Массачусетскому технологическому институту Нэнси Кэнвишер, которая одной из первых стала применять фМРТ для решения задач в области когнитивистики, говорит, что мозг – как швейцарский армейский нож. Несмотря на все недостатки методов сканирования мозга, исследования их результатов, в том числе те, которые проводит сама Нэнси, выявляют неожиданные связи между определенными участками мозга и выполнением определенных задач – от распознавания лиц до размышлений о мышлении (см. рис. 7). Получается, что каждый из этих участков мозга специализируется на своей задаче, как разные инструменты в швейцарском ноже. Почти половина опубликованных исследований по сканированию мозга – это исследования локализации, а многие из оставшихся посвящены более подробному описанию выявленных участков мозга. Выводы о локализации – самые очевидные уроки, которые преподают нам исследования фМРТ. Если проводить эти эксперименты и толковать их результаты с должной тщательностью, они скажут нам, как устроены мозг и сознание, но если относиться к ним поверхностно, локализация когнитивных функций может отвлечь от попыток понять, как на самом деле работают мозг и разум.

Специализация отдельных участков мозга надежно установлена уже давно. До ПЭТ и МРТ такие данные получали в основном от ограниченного числа неврологических больных, у которых конкретные когнитивные и поведенческие расстройства можно было непосредственно объяснить локальным повреждением мозга. Пожалуй, самый известный пример – случай пациента по имени Луи Леборн, которого изучал французский врач Поль Брока в 1861 году. Леборн с детства страдал эпилепсией и практически полностью утратил способность говорить; когда его госпитализировали, он мог произнести лишь один слог – «тан». Во всем остальном интеллект и общие когнитивные способности Леборна сохранились; такой набор симптомов в наши дни называется «афазией Брока». При вскрытии Леборна Брока обнаружил, что у Леборна была повреждена левая лобная доля коры головного мозга, а затем оказалось, что повреждения того же участка наблюдаются и у других больных с похожими нарушениями речи. Открытие связи между порождением речи и особым участком мозга под названием «зона Брока» стало веским доказательством теории функциональной локализации Франца Галля (см. главу 1). Так что основная идея френологии оказалась верна хотя бы отчасти, даже если карты конкретных участков мозга и соответствующих особенностей черепа, которые составлял Галль, не имели ни малейшего отношения к действительности.

Рис. 7. Кора головного мозга человека с указанием долей и областей, которые, согласно исследованиям сканирования мозга, отвечают конкретно за: 1) места, 2) части тела, 3) лица, 4) лица и движения, 5) только движения, 6) размышления о том, как люди мыслят, 7) трудные когнитивные задачи, 8) речевые звуки, 9) тоны звуков

Сканирование мозга говорит о том же, только точнее. Современные методы избавляют ученых от необходимости уповать на редкое совпадение несчастья и везения, которые в прошлом приводили к находкам наподобие случая Брока. Сегодня можно набрать сколько угодно добровольцев, чтобы сканировать их под воздействием самых разных стимулов или при выполнении самых разных задач и поодиночке, и группами. Исследователи изучают результаты практически сразу после эксперимента, им не нужно дожидаться, пока испытуемые умрут и можно будет провести вскрытие. Мозг здоровых испытуемых, подвергающихся сканированию, не изуродован в целом болезнью или травмой, в отличие от недужного мозга несчастных страдальцев. Поэтому результаты сканирования обычно отражают нормальную физиологию мозга. А главное – сканирование, в отличие от травмы и болезни, охватывает мозг целиком. ПЭТ или фМРТ показывают, задействованы ли в экспериментальные парадигмы несколько структур одновременно, и характеризуют, насколько сильно и интенсивно реагирует каждый участок. Например, роли структур, задействованных в порождении и восприятии речи, можно исследовать в ходе одного эксперимента: это зона Брока, отвечающая за артикуляцию, зона Вернике, необходимая для понимания речи, слуховая и двигательная зоны коры, обеспечивающие слух и движение в целом, и множество функционально важных подотделов каждого из этих участков. Когда испытуемый выполняет задание, связанное с речью, исследователи наблюдают, как задействованы все эти области и как все они работают параллельно.

Открытие специализированных участков мозга, несомненно, играет значительную роль и в биологии. Подобно тому как различные силы в ходе геологической эволюции Земли породили горные кряжи, океаны и реки, которые мы видим сегодня, можно представить себе, что факторы, повлиявшие на эволюцию человека, сформировали и наш мозг – сделали его таким, как теперь. Если в мозге есть участки и группы участков, чья деятельность сильно коррелирует с ментальными функциями наподобие речи и социализации, это наталкивает на мысль, что эти функции – примеры эволюционного приспособления, для которого понадобилось особое неврологическое оборудование. Эту точку зрения в наши дни разделяют многие нейрофизиологи. «Главное – не конкретное местоположение [соответствующих] участков мозга, – объясняет Нэнси Кэнвишер, – а тот простой факт, что наш мозг и наш разум в первую очередь состоят из конкретных компонентов с определенными задачами». Однако исследования сканирования мозга делают особый упор на связи умственных способностей с физическими областями в мозге, а это заставляет многих ученых относиться к ним скептически как к возрождению френологической псевдонауки. «Критики считают, что фМРТ упускает из виду взаимосвязанность механизмов мозга и распределение труда, поскольку делает ставку на локализацию активности, тогда как главное в функционировании мозга – связь между его отделами», – пишет Дэвид Доббс в заметке «Факт или френология?» в «Scientific American». Психолог Рассел Полдрак взял на себя труд составить список опубликованных исследований фМРТ, которые неявно поддерживают френологические концепции, и тем самым показал, что современную науку удивительно легко примирить с устарелыми идеями. Для каждого примера Полдрак привел старинные френологические классификации, тематически похожие на соответствующие эксперименты с фМРТ и указывающие на те же конкретные участки мозга, которые выявило сканирование. «Можно не сомневаться, что Галль и его современники сочли бы эти результаты сканирования мозга доводами в пользу биологической реальности своих предположений», – отмечает Полдрак. И в самом деле, подача результатов таких исследований подтверждает правоту Полдрака. Броские заголовки: «Как на уровне нейронов проявляется помощь любимому человеку», «Неврологический субстрат человеческой эмпатии» или «Неврологическая основа высокого интеллекта» – оставляют впечатление, будто сложные черты характера можно свести к пятнам на карте мозга. Легко представить себе, что какие-то из всех этих основ и субстратов, каждый из которых соответствует по меньшей мере одной локальной зоне активности на фМРТ, примерно совпадут с френологическими зонами, «отвечающими», скажем, с шишками любвеобильности или стяжательства на керамической голове Лоренцо Фаулера.

Небрежное толкование результатов исследований по локализации вызывает нарекания еще и тем, что предполагает, будто региональная активность, словно те же самые шишки на голове, и в самом деле тождественна тем или иным когнитивным процессам. В 2011 году специалист по рекламе Мартин Линдстрем в статье в New York Times утверждал, что потребители в буквальном смысле слова любят свои айфоны, потому что фотографии на айфонах активируют участок мозга под названием «островковая доля», который входит в число областей мозга, реагирующих, когда испытуемые смотрят на фотографии своих романтических партнеров. То есть Линдстрем расценивает сигналы от островковой доли на фМРТ как неопровержимые признаки любви, хотя на самом деле эта доля реагирует, когда человек испытывает и положительные, и отрицательные эмоции. Джона Лерер в своей книге «Представьте себе» описывает эксперимент, в ходе которого выявили связь между решением задач и областью мозга под названием передняя верхняя височная извилина. Он пишет, что «передняя верхняя височная извилина способна находить» ответы на словесные головоломки, то есть что эта извилина самостоятельно решает задачи. И даже биолог Фрэнсис Крик, нобелевский лауреат, и тот попал в ту же ловушку «участок мозга тождествен когнитивной функции»: он ссылается на исследования патологий мозга как на доказательство, что «свобода воли локализована либо в передней поясной борозде, либо где-то в ее окрестностях», – речь идет о небольшой складке у средней линии мозга.

Подобная логика ошибочна и с технической, и с теоретической точки зрения. С технической точки зрения критика опирается на пределы возможностей самих методов сканирования. Каждое пятнышко повышенной активности – это тысячи, если не миллионы, клеток, синапсов и нейрохимических веществ, и все они вносят свой вклад в функционирование мозга, словно мириады голосов, увлеченных беспорядочным спором. На сегодня у специалистов по сканированию мозга нет надежного способа разделить и проанализировать эти голоса, потому-то они и идут по пути наименьшего сопротивления – слушают мнение тех, кто громче всех кричит! Конечно, лучше всех может быть слышно и единодушную реакцию клеток какого-то участка мозга на тот или иной стимул, но скорее всего исследователи учитывают мнение большинства, причем не всегда подавляющего, а то и просто активного меньшинства клеток, чьи голоса перекрывают молчаливое большинство. Что касается фМРТ и ПЭТ, самые громкие голоса вызывают и самые заметные колебания кровотока, причем это не обязательно голоса, играющие главную роль в мозговой функции как таковой. Все осложняется еще и тем, что карты мозговой деятельности почти всегда опираются на сравнение того, как на изображении проявляется условие эксперимента, с реакциями на контрольные условия, которых может быть несколько, так что выявленные участки мозга – это на самом деле те участки, которые проявляют наибольшую активность в условиях эксперимента, а не те, которые активируются исключительно условиями эксперимента. Вывод – если какой-то участок мозга «светится» сильнее всего во время исполнения той или иной ментальной задачи, из этого не следует, что этот участок в целом специализируется на этой задаче и у него нет других функций.

У этой медали есть и обратная сторона: в ходе экспериментов со сканированием обычно «светятся» не все участки, задействованные в соответствующем когнитивном процессе. Объясняется это главным образом проблемой верхушки айсберга. Все знают, что айсберги гораздо крупнее их видимой части – 90 % каждой плавучей горы коварно таятся под поверхностью океана. При анализе данных функционального сканирования аналогом айсберга становится карта изменений сигнала на фМРТ, коррелирующих с той или иной задачей или стимулом, задействованными в эксперименте. Карту рассчитывают непосредственно на основе «сырых» изображений. Но хотя карта в принципе покрывает мозг целиком, исследователи видят активность только в тех участках, где надежность или сила сигналов на изображении превосходят пороговую величину, заданную экспериментатором. Если порог слишком низок, видно слишком много пиков, и велика вероятность, что некоторые из них вызваны случайными факторами, не имеющими отношения к мозговой деятельности, – вспомним ложную активацию в мозге мертвого лосося. Однако типичные консервативные пороговые величины исключают из поля зрения и некоторые пики, прямо относящиеся к специфической активности, вызванной задачей эксперимента. Это и есть подводная часть айсберга. А значит, какая-то доля релевантной активности мозга не попадает в анализируемые данные и обычно не обсуждается. Из-за этой проблемы большинство исследований функционального сканирования мозга систематически переоценивает, в какой степени реакция мозга локализована в нескольких маленьких областях.

В 2001 году Джеймс Хэксби из Датрмутского колледжа опубликовал авторитетную статью, где утверждал, что при интерпретации экспериментов по сканированию мозга следует учитывать весь айсберг целиком, в том числе и те сигналы изображений, которыми обычно пренебрегают. Хэксби и его коллеги отошли от стандартной практики и не ограничились теми областями мозга, которые сильнее всего реагируют на экспериментальные стимулы. Это дало им возможность наблюдать, что нейронные реакции охватывали «большие участки коры, где реакции как большой, так и малой амплитуды несут информацию» о визуальных стимулах. Подобный подход соответствует такой картине мозговой деятельности, при которой ментальные процессы не ограничены специфическими структурами, а охватывают большую часть мозга.

На фундаментальном уровне все нейрофизиологи понимают, что действительность именно такова. Даже если какой-то участок мозга проявляет высокоспециализированные паттерны активности, у этой активности должен быть источник. Скажем, если участок мозга активируется при виде лиц, стимулы-лица должны пройти с сетчатки через всю многослойную систему зрительного восприятия, добраться до этого участка, который особенно сильно реагирует на лица, и вызвать в нем соответствующие сигналы. Если другие отделы мозга не найдут в этих стимулах ничего похожего на лицо, то этот участок не сможет отличить стимул-лицо от любого другого. Не исключено даже, что отличать лица от других стимулов, поступающих в мозг, помогает отсутствие сигналов на фМРТ вне главного участка распознавания лиц, говорящее, скорее всего, о снижении мозговой активности. Отсутствие реакции напоминает знаменитый эпизод из рассказа «Серебряный» Артура Конан Дойла, когда сторожевая собака не залаяла, почуяв вора, из чего Шерлок Холмс сделал вывод, что «несомненно, собака хорошо знала ночного гостя». Если анализ изображений нацелен исключительно на пики активности мозга и на максимальные реакциии, он неизбежно теряет из виду разнообразные паттерны мозговой деятельности, которые, вероятно, исполняют роль той собаки. А это подводит нас к проблеме более общей, нежели анализ, делающий ставку на локализацию когнитивных процессов: такой подход закрывает глаза на вопрос о механике этих процессов. «Даже если бы мы могли связать точно определенные когнитивные функции с конкретными участками мозга… это почти ничего не сказало бы нам о том, как мозг рассчитывает, представляет, дешифрует и иллюстрирует примерами те или иные психологические процессы», – писал психолог Уильям Аттел в своей книге «Новая френология», вышедшей в 2003 году. Примерно о том же говорил и философ Дэниел Деннет, когда посмеивался над идеей, что конкретные участки мозга отвечают за один конкретный когнитивный процесс, то есть за феномен человеческого сознания. Локализация этого процесса попросту смещает вопрос о дешифровке механизмов функционирования мозга на дешифровку механизма функционирования рассматриваемого участка мозга. Деннет иронически уподобляет этот подход театральному представлению, в ходе которого воплощение сознания в мозге «наблюдает» все происходящее в мозге и осознает его; такой сценарий в очередной раз напоминает декартовский дуализм разума-тела, даже если все происходит в мозге. Такой «Картезианский театр» Деннет считает нелепицей, поскольку участок (или участки) мозга, обеспечивающие сознание, на самом деле так же непостижимы, как и само сознание, а границы между «сознательными» и «несознательными» участками мозга неизбежно произвольны.

Если мы делаем ставку на локализацию других когнитивных функций, то ставим декорации для таких же нелепых спектаклей, в которых участки мозга, воспринимающие цвета, фразы, области пространства и так далее, наделяются сверхъестественными способностями и отделяются от участков, которые этого не делают. Хотя ни один нейрофизиолог не придерживается такой карикатурной точки зрения, упрощенческие толкования результатов функционального сканирования мозга оставляют именно такое впечатление. Многие ученые считают, что исследования локализации ценны в первую очередь не тем, что они выявляют участки мозга с якобы дискретными функциями, а тем, что они подсказывают, где начинать более тщательные экспериментальные исследования, зачастую с привлечением инвазивных методов, непосредственно измеряющих клеточную активность у животных.

Картезианский театр по Деннету и обобщение этой аналогии на другие когнитивные процессы заставляет вспомнить настоящий театр драматургов-модернистов вроде Сэмюэля Беккета. В абсурдистском шедевре Беккета «В ожидании Годо» двое бродяг Владимир и Эстрагон изо дня в день сидят на обочине одной и той же дороги в надежде, что рано или поздно им встретится Годо, в честь которого названа пьеса, однако Годо так и не появляется. «А ты уверен, что это здесь?» – спрашивает Эстрагон, не зная, в нужном ли месте они дожидаются своего кумира. Эту пьесу часто считают комментарием о бессмысленности бытия, так что неудивительно, что Беккет и его критики так и не пришли к единому толкованию пьесы и ее персонажей. Годо так и остается тайной, точь-в-точь как цветное пятно мозговой активности на карте фМРТ: мы так и не узнаем, кто он, что символизирует и существует ли вообще. Так не Годо ли мы ищем, когда пытаемся локализовать когнитивные функции при помощи методов сканирования мозга? Может быть, мы высматриваем на этих картинках нечто загадочное, определяемое скорее нашими ожиданиями, чем реальностью, и пора оставить надежду обрести просветление к концу поисков?

* * *

Современные методы сканирования мозга способствуют сакрализации мозга, поскольку сочетают и научный лоск, и газетные сенсации, и простые и зачастую упрощенческие открытия, и совместимость с самым широким диапазоном мировоззрений. Методы вроде фМРТ позволяют нам узнать интересные факты об активности мозга, не вынуждая пересматривать глубинные убеждения. Но тем, кто надеется при помощи современных методов сканирования мозга лишить процессы познания сакрального статуса, не повезло. Даже в сочетании с самыми утонченными методами анализа функциональное сканирование мозга не обладает нужным разрешением и другими качествами, которые позволили бы понять, что на самом деле означают паттерны активации, как они возникают и как связаны с остальным мозгом. «Утверждения, что вычислительные методы и неинвазивное сканирование мозга… сами по себе позволят понять, как функционирует мозг, какова природа его расстройств… наивны и полностью ошибочны», – пишет Никос Логотетис, нейрофизиолог и специалист по фМРТ.

Сегодняшние результаты функционального сканирования мозга несколько напоминают картографию эпохи до авторитетных атласов, четких границ и спутниковых снимков. Подобно картам мозга на основе фМРТ, древние физические карты зачастую не более чем ненадежные, приблизительные описания, полезность которых ограничена возможностями науки и техники тех времен. Древние картографы находили на своих картах место не только для известных нам материков и островов, но и для страшных чудовищ, – так и современные толкователи мозга находят место не только для восприятия лиц, но и для свободы воли. Какие-то участки мозга, которые мы сейчас считаем специализированными, пройдут проверку дальнейшими исследованиями, ведь, скажем, существование областей, участвующих в узнавании лиц, подтверждается и данными, полученными при помощи электродов, и изучением повреждений мозга, и исследованиями по стимуляции на людях и обезьянах. Но некоторые участки наверняка окажутся эфемерными, будто затерянные земли Туле или Атлантиды, – более того, не исключено, что мы развенчаем даже сами когнитивные понятия, которые их определяют. Но сам по себе поиск связей между ментальными функциями и ограниченными областями в мозге, даже безуспешный, по природе своей способствует нейросегрегации, из-за которой наши ментальные процессы представляются нам обособленными, отделенными друг от друга и от остального мира. Вот почему, если мы хотим объяснить и на глубинном уровне понять, как устроены ментальные функции, нам следует заглянуть за пределы современных методов сканирования человеческого мозга.

Представьте себе такой метод сканирования, от которого не ускользнет никакая клеточная активность, никакие нейронные связи, никакой всплеск нейрохимических веществ. Любое прикосновение, звук, проблеск света вызывает в мозге целый каскад событий, и каждое из них будет как на ладони благодаря всевидящему оку нашего метода «тотального сканирования». И это не фантазии о далеком будущем – до этого рукой подать в нейрофизиологических лабораториях, изучающих мелкие прозрачные организмы. Сочетание передовой оптической микроскопии с применением светящихся биохимических индикаторов нейронной активности позволило ученому Мише Аренсу из Медицинского института имени Говарда Хьюза одновременно зарегистрировать сигналы почти каждого нейрона в мозге малька данио-рерио. В ходе подобных экспериментов остается несравнимо меньше простора для неопределенности во всем, что касается причинно-следственных связей и организации нейронной активности, чем при сканировании человеческого мозга. Некоторые ученые предполагают, что когда-нибудь станет возможным применять методы, аналогичные методу Аренса, и на людях. В частности, одна из целей моей собственной исследовательской лаборатории – создать биохимические индикаторы нейронной активности, которые были бы видны при фМРТ: это стало бы шагом к изобретению тотального сканирования, поскольку позволило бы регистрировать химические и клеточные сигналы неинвазивно. Тотальное сканирование мозга – это метод, в будущем способный резко подхлестнуть наш прогресс в изучении функций мозга как целостного многофункционального органа. Хотя мы еще очень далеки от подобных методов исследования людей, прогресс налицо. Однако и это не даст нам возможности понять, как на самом деле устроены ментальные процессы. Исследователи уже применяют оптическое сканирование всего мозга с высоким разрешением для изучения червей и рыбок данио-рерио, однако, как мы знаем из последней главы, якобы полная информация о простых нервных системах все равно не объясняет поведения. В частности, мозг и нервная система не единолично отвечают за когнитивные процессы. Подобно тому как нельзя рассматривать участки мозга, о которых мы говорили в этой главе, как изолированные сущности, так и мозг в целом нельзя рассматривать в изоляции от всего остального – его нужно изучать в контексте организма и среды. В следующих главах мы подробнее изучим континуум, объединяющий мозг и его окружение.