Пенфилд
Открытие гомункулуса
В 1930-е годы в Монреале (Канада) работал один неординарный нейрохирург – Уайлдер Пенфилд. Он не только отличался высочайшим профессионализмом и глубоким гуманизмом, но и был выдающимся исследователем функций мозга: уже при жизни его считали the greatest Canadian alive – самым великим канадцем своего времени. Самое интересное, что он родился не в Канаде, а в США.
Доктор Пенфилд проводил операции на головном мозге по самым разным причинам (как правило, это были серьезные травмы и опухоли мозга), но особенно его интересовала хирургия эпилепсии.
Во многих случаях эпилепсия связана с нарушениями функционирования группы нейронов, которые можно блокировать медикаментозно. Можно, как и при опухолях, попытаться вылечить пациента путем удаления пораженной части мозга. Хирургическое вмешательство – это крайняя мера.
Следует заметить, что участок мозга, запланированный для удаления, у разных пациентов может располагаться практически в любой области мозга. Поэтому врачам приходится проводить огромную работу по определению локализации поражения, чтобы не задеть здоровые участки мозга, ведь это может привести к таким серьезным последствиям, как, например, амнезия или паралич. Для этого доктор Пенфилд использовал новую в то время методику – что-то вроде опроса при открытом черепе!
Научное объяснение
Чтобы понять принцип процедуры, нужно представлять себе, как функционируют нейроны, и что происходит во время приступа эпилепсии. Нейроны – это клетки, которые обмениваются между собой информацией через слабые электрические импульсы. Когда активируется тот или иной участок мозга, находящиеся в нем нейроны начинают свою работу, передавая друг другу сигналы.
В обычных условиях такое взаимовозбуждение нейронов упорядочивается и контролируется, но при эпилепсии нейроны определенной зоны проявляют избыточную активность.
Именно поэтому проявления приступов эпилепсии будут отличаться в зависимости от участка головного мозга, где локализуется этот разряд. Например, если он происходит там, где обрабатываются запахи, у пациента может возникнуть впечатление, что он чувствует какой-то странный запах или у него появляется горький привкус во рту.
Давайте ближе познакомимся с техникой опроса доктора Пенфилда. Сам по себе мозг лишен рецепторов боли, поэтому сразу после удаления волосяного покрова и трепанации черепа можно «слегка потрогать» нейроны – больно не будет. Такая особенность позволяла доктору Пенфилду изучать мозг своих пациентов, когда они были в сознании. В ходе операций он использовал электричество для искусственного возбуждения нейронов, отправляя им небольшие заряды с помощью электродов. Таким образом он мог воспроизводить процессы, происходившие, когда нейроны функционировали самостоятельно, и в то же время спрашивать у пациентов, какие ощущения вызывала такая стимуляция.
В тот день доктор Пенфилд должен был прооперировать госпожу Грин. Когда он вошел в операционный блок в медицинском халате, маске и перчатках, больная лежала на боку на операционном столе. Над ней была установлена тканевая перегородка, что-то вроде шторки, отделяющей лицо от той части головы, на которой врачи собирались проводить операцию.
Доктор Пенфилд сделал укол, чтобы обезболить кожу головы, надрезал ее и снял, как обложку с книги. Затем он распилил череп и обнажил мозг. Доктор Пенфилд последовательно прикладывал электрод вдоль точек на одной линии, идущей приблизительно посередине мозга, – ее называют центральной бороздой. Стимулирование одного участка вызывало движение руки, а другого – сжатие кисти.
Все полученные эффекты были тщательно записаны, и на каждом проверенном участке к мозгу были приложены маленькие этикетки. Доктор Пенфилд повторил опыт, помещая электрод и на заднюю борозду.
Доктор Пенфилд осторожно удалил эту часть мозга, стараясь не затронуть участки, которые отвечали за движения и были идентифицированы как здоровые. После этого он вернул на место крышку черепа, снятую в начале операции, и наложил швы на кожу.
Процедуру, которую мы только что описали, доктор Пенфилд выполнил более чем на 150 пациентах! Во время каждой такой операции он фиксировал места, стимуляция которых вызывала то движение руки, то покалывание в пальцах…
Со временем он пришел к выводу, что эти зоны были расположены приблизительно одинаково и имели почти одинаковую форму у всех пациентов.
Самое главное происходило в продольных участках, расположенных по обеим сторонам от вышеупомянутой центральной борозды – линии, пересекающей кору головного мозга от одного уха к другому. Когда доктор Пенфилд стимулировал часть, находящуюся впереди от этой борозды, он вызывал движение, в то время как стимуляция задней части обусловливала у пациента различные ощущения. Но его наблюдения имели еще более продвинутый характер: в частях, которые находились ближе всего к макушке головы, эффект наблюдался в пальцах ног; ниже макушки – в щиколотках… И так далее. В некотором роде, по мере того как он спускался вдоль этих продольных участков коры головного мозга, он словно поднимался по телу: бедро, туловище, плечи, голова.
Структурируя информацию, полученную в результате всех операций, Пенфилд смог составить довольно точную карту этих участков мозга.
Как только таблица была закончена, в глаза бросилась странная закономерность: линия коры головного мозга, связанная с кистями рук, не соответствовала другим линиям! Также заметно более длинными были линии губ и языка.
«А ведь в этом есть смысл, – подумал Пенфилд. – Эти части тела характеризуются особой точностью по отношению как к воспринимаемым тактильным ощущениям, так и к производимым ими движениям. Поэтому логично, что мозг отводит им больше места. Их информация, нуждающаяся в обработке, гораздо сложнее, если сравнивать с коленом или обычной большой берцовой костью!»
Поэтому у него возникла идея схематично изобразить человека в том масштабе, который он наблюдал на уровне строения мозга. Это изображение он назвал гомункулусом. Вот на что мы были бы похожи, если бы размер частей нашего тела соответствовал поверхности коры головного мозга (моторной или сенсорной зоне).
Разработанная доктором Пенфилдом методика хирургических операций, известная сейчас под названием «монреальская процедура», по-прежнему используется во всем мире – она позволила не только вылечить сотни пациентов, но и узнать принципы структурно-функциональной организации участков мозга, участвующих в движении и ощущениях. Что касается гомункулуса, ставшей теперь знаменитой схемы двигательной и сенсорной коры головного мозга, она и сегодня производит сильное впечатление на студентов, изучающих нейронауки!
СЕНСОРНЫЙ ГОМУНКУЛУС
СРАЗУ ЗАМЕТНО МЕСТО, КОТОРОЕ ЗАНИМАЮТ КИСТИ РУК, ГУБЫ И ЯЗЫК, В ТО ВРЕМЯ КАК ТУЛОВИЩЕ И НОГИ ИМЕЮТ ОЧЕНЬ НЕБОЛЬШИЕ РАЗМЕРЫ.
МОТОРНЫЙ ГОМУНКУЛУС
ЭТО СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ИМЕЕТ МНОГО ОБЩЕГО СО СВОИМ СЕНСОРНЫМ АНАЛОГОМ, НО ЕСТЬ И ОТЛИЧИЯ. КИСТИ РУК ЕЩЕ БОЛЕЕ ВНУШИТЕЛЬНЫЕ, А ГЕНИТАЛИИ ПОЧТИ НЕЗАМЕТНЫ.
Тем, кто хочет знать больше
ЭКСПЕРИМЕНТ БЕЗ ТРЕПАНАЦИИ ЧЕРЕПА
Доктор Пенфилд и его сотрудники доказали, что протяженность коры головного мозга (моторная или сенсорная зона), отвечающей за ту или иную часть тела, зависит не от ее размера, а от степени точности чувствительности или движения этой области. Можете проверить эту гипотезу на себе. Понадобятся шпилька для волос (или разогнутая канцелярская скрепка) и друг.
Слегка нажмите кончиками шпильки или скрепки на кожу вашего друга (он не должен смотреть на то, что вы делаете) в одной или двух точках одновременно. Ваш друг должен сказать, сколько точек прикосновения он чувствует, в то время как вы будете варьирировать расстояние между точками. Вы увидите, что, когда оба кончика шпильки окажутся очень близко друг к другу на ноге, у вашего друга возникнет ощущение нажатия только в одной точке, а по отношению к кисти руки он все еще будет чувствовать нажатие в двух точках. Точность восприятия нажатий на кисти рук объясняется большей протяженностью коры головного мозга, отвечающей за эту часть тела, что позволяет проводить более тщательную обработку сенсорной информации.
АСИММЕТРИЯ ЛЕВОГО И ПРАВОГО
Было замечено, что один человек отличается от другого тем, как пользуется своими конечностями. Так, например, сектор, который приходится на кисть руки, у правшей шире в двигательной зоне левого полушария, чем в аналогичной зоне правого полушария, а у левшей все как раз наоборот. Дело в том, что нервы, контролирующие мускулы тела, пересекаются, и двигательная зона левого полушария контролирует правую часть тела, и наоборот.
ПИАНИСТЫ ИЛИ СКРИПАЧИ?
Отображение тела в сенсорной и двигательной коре не статично. Оно меняется на протяжении жизни в зависимости от привычек и тренировки. Исследования доказали, что именно поэтому секторы кисти руки и пальцев более развиты у музыкантов, чем у тех, кто не играет ни на одном музыкальном инструменте. На самом деле для игры на музыкальном инструменте нужна повышенная ловкость рук. У пианистов двигательная кора имеет бо́льшую площадь, чем у людей, далеких от музыки, и такой феномен будет тем заметнее, чем раньше человек стал заниматься музыкой. Интересно еще и то, что сектор, управляющий кистью правой руки, остается у них более развитым, чем сектор, управляющий кистью левой руки, в то время как у скрипачей картина противоположная. При игре на скрипке кисть левой руки выполняет очень сложные и точные движения – более сложные и точные, чем кисть правой, которая держит смычок. Если возьметесь за обучение игре на пианино, будет достаточно уже нескольких дней, чтобы развить секторы коры головного мозга, связанные с вашими пальцами.
КАК «НАКАЧАТЬ» МОЗГ ОДНИМ УСИЛИЕМ МЫСЛИ
Другой примечательный факт: схожий с физическими занятиями (хоть и менее выраженный) эффект для двигательной активности дает умственная тренировка. Эта особенность хорошо известна музыкантам и спортсменам: если просто представить, что вы совершаете последовательную серию движений (например, играете музыкальный отрывок или спускаетесь на лыжах), одного этого будет достаточно для поддержания себя в форме. Поэтому играть на музыкальном инструменте или заниматься любимым видом спорта вполне возможно, сидя в автобусе или не вставая с дивана!
А ЕСЛИ МОЗГ НЕ УСПЕВАЕТ ЗА ТЕЛОМ?
Обучение и тренировка представляют собой размеренные и последовательные процессы, в ходе которых совместно эволюционируют кора головного мозга и физические способности. Но что происходит, когда тело испытывает резкие изменения?
На протяжении многих веков наблюдалось, что люди с ампутированными конечностями могли продолжать их чувствовать – этот феномен известен как «фантомная конечность». Недавние исследования доказали, что, когда таких людей просили «пошевелить» ампутированной частью тела, сенсомоторная кора их головного мозга возбуждалась так, как если бы ампутированная конечность все еще существовала в действительности. Похоже, мозг хранит неизгладимое воспоминание об ампутированной конечности. Сенсомоторная кора словно отказывается признавать факт ампутации. Фантомная конечность часто служит источником неприятных ощущений.
Но есть и другой пример быстрой перемены телесной схемы, не имеющей ничего общего с патологией, – подростковый период! Возможно, несколько неуклюжий вид некоторых подростков объясняется тем, что их мозгу нужно время для адаптации к изменениям тела. Именно на этом и строятся отдельные современные научные гипотезы. Как бы то ни было, подросткам и их родителям можно не волноваться: настройка телесной схемы происходит на протяжении всего периода роста вплоть до взрослого возраста. Это всего лишь вопрос времени!
