Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть

Легко можно догадаться, что поначалу Стрэттон переживал острую потерю ориентации, его даже тошнило. То, что он видел, противоречило его движениям. Пытаясь дотянуться до предмета, лежащего сбоку от него, он использовал не ту руку. А когда он поправлял себя и тянулся нужной рукой, уже самое простое действие вроде наливания молока в стакан оказывалось для него весьма изматывающим процессом. Зрение конфликтовало и с его слухом: «Я сидел в саду, и мой друг, который со мной разговаривал, начал бросать камешки где-то в боковой части моего поля зрения. Но звук падающих камешков долетал до меня не с той стороны, с которой я невольно ожидал его услышать, наблюдая их полет, а с противоположной». Однако на восьмой день, к тому времени, как Стрэттон закончил свой эксперимент, ученый двигался с куда большей свободой, и его зрение пришло в согласие со слухом: «Например, костер потрескивал именно там, где я его видел. И постукивание карандаша по ручке кресла исходило, несомненно, от видимого мною предмета».

По сути, Стрэттон обнаружил, что мозг способен на «перекалибровку» зрения, слуха и движений, дабы разрешать возникающие между ними конфликты. Хирургиофтальмологи сталкиваются с такой же перекалибровкой у страдающих страбизмом. Это отклонение, обычно именуемое косоглазием, иногда удается исправить операцией на глазодвигательных мышцах, отвечающих за вращение глазного яблока. Его поворот, происходящий в результате операции, меняет зрение пациентов, как бы поворачивая и мир вокруг них. Такой сдвиг можно обнаружить путем несложного опыта: пациента просят указать на некий объект, но не позволяют при этом видеть свою указывающую руку. Пациент неизменно промахивается, указывая в пространство сбоку от объекта, поскольку теперь его движения приходят в противоречие с его изменившимся зрением. Но если провести такой же эксперимент через несколько дней после операции, подобные ошибки будут возникать реже, свидетельствуя о том, что мозг проводит перекалибровку.

Что же происходит в мозгу пациента, приспосабливающегося к последствиям операции по лечению косоглазия? С 1980-х годов Эрик Кнудсен с коллегами разбирался в этой проблеме, проводя эксперименты на сипухах, птицах, внешне похожих на сов. На птиц надевали специальные очки, отклонявшие свет и тем самым поворачивавшие воспринимаемый мир вправо на 23°. Так ученые моделировали поворот воспринимаемого мира, вызываемый операцией по лечению косоглазия. (Подобные очки используются для лечения тяжелой формы страбизма.) Птицы, выросшие с этими очками, вели себя в буквальном смысле «со сдвигом»: слыша звук, они поворачивали голову не к его источнику, а правее. Эта «сдвинутость» позволяла им смотреть прямо на источник звука, компенсируя поворот, который давали очки.

Чтобы изучить нейронные причины этих поведенческих изменений, Кнудсен и его коллеги исследовали inferior colliculus – нижний холмик. Эта часть мозга играет важную роль в определении направления, с которого приходит звук: она сравнивает сигналы, поступающие от левого и правого уха. Подобно карте человеческого тела, существующей в бродмановских полях 3 и 4 (помните сенсорного и моторного гомункулуса?), в нижнем холмике есть карта внешнего мира. Записывая нервные импульсы нейронов этой мозговой структуры, Кнудсен и его сотрудники показали, что на ее карте происходит своего рода смещение в направлении, согласующемся с «кривобоким» поведением. Ученые показали также, что на этой карте смещаются входящие аксоны, а значит, перекройку карты, возможно, вызывает их переподключение.

Позже Кнудсен с коллегами продемонстрировали существование критического периода для обучения, работая с птицами разного возраста, – надевая им такие очки или снимая их Надевание очков на взрослых сипух, выросших в нормальных условиях, не меняло их зрительного поведения. Для молодых особей, выросших в очках, их эффект оказывался обратимым, если очки снимали сравнительно рано, а не в зрелом возрасте.

Основываясь на примерах с нижним холмиком и зрительной зоной V1, как будто можно заключить, что во взрослом мозгу переподключение невозможно. Значит, вот почему взрослым гораздо труднее приспосабливаться к переменам? В главе 2 я уже отмечал, что взрослые хуже восстанавливаются после удаления полушария головного мозга, чем дети. Принцип Кеннарда обобщает эти наблюдения: чем младше жертва повреждения мозга, тем эффективнее восстановление мозговых функций. Принцип порицали за упрощенность, ведь исключения из этого правила хорошо известны. Но в нем есть доля истины. Он вытекает из «отрицания переподключения», так как переподключение является важным механизмом перекройки карты мозга.