Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни

Молодые ученые, совершившие революционный переворот в понимании строения моторной коры, поначалу не собирались делать ничего нового, а просто попытались использовать иной экспериментальный подход. Дело происходило в самом начале XXI века. Подобно многим нейробиологам до них, ученые направляли свои крохотные электроды в тот участок карты M1 мозга обезьяны, который вызывает движения кисти руки на противоположной стороне тела[109]. После ста с лишним лет исследований моторной коры уже было известно, что произойдет, если с помощью электрода послать короткий электрический импульс в мозг животного. Было установлено, что стимуляция M1 меньше чем на двадцатую долю секунды вызовет подергивание соответствующей части тела животного. Но молодые ученые поставили другие вопросы. Что произойдет, если продлить активацию M1? Что будет, если стимулировать ткань целые полсекунды? Что станет делать животное?

Существовало несколько веских причин для постановки вопросов таким образом. Одна причина заключается в том, что телу для осуществления движений требуется время. Одной двадцатой доли секунды достаточно, чтобы моргнул глаз или дрогнула мышца, но этого мало, чтобы совершить одно намеренное движение, например, протянуть руку за находящимся поблизости предметом. Возможно, стимулируя M1 на протяжении столь краткого периода, ученые и хирурги запускали начало более длительного движения, а затем немедленно его прерывали, прекращая стимуляцию. Пенфилд признавал такую возможность еще в 1951 году, когда писал: “Стимулирующий электрод часто убирали при первых признаках ответа, и поэтому, вероятно, была упущена возможность получить более сложный синергический ответ. Если это предположение справедливо, было бы правильно рассматривать многие двигательные эффекты как фрагменты незавершенного комплекса”[110]. На самом деле эксперименты с электрической стимуляцией коры животных и человека периодически указывали на наличие сложных координированных действий. Было ли это случайностью или на двигательной карте M1 каким-то образом отображены координированные действия, такие как вытягивание конечности и захват предметов?

Группа молодых ученых из Принстонского университета в составе Майкла Грациано, Шарлотты Тейлор и Тайрина Мура решила ответить на эти вопросы. Они поместили электрод в область моторной коры обезьяны, отвечающую за движения кисти руки, и стимулировали каждую точку на протяжении полусекунды – в десять раз дольше, чем в большинстве предыдущих экспериментов[111]. Ученые были поражены тем, что увидели. Когда они стимулировали правую моторную кору, большой и указательный пальцы левой руки сжимались, как будто выхватывали что-то из воздуха, в то время как предплечье, локоть и плечо поворачивались таким образом, чтобы левая ладонь обратилась в сторону лица; рот животного открывался, как будто собирался принять невидимый кусочек пищи. Это движение руки ко рту не было подергиванием. Это было координированное и плавное движение многих частей тела и групп мышц.

Позже Майкл Грациано описывал удивление и восхищение, которые испытали ученые, увидев это замечательное действие. “Когда мы впервые обнаружили участок коры, отвечающий за приближение кисти ко рту, и поняли, что можем его стимулировать, нажимая на кнопку, мы были настолько поражены, что выбежали из лаборатории в поисках кого-нибудь еще в здании, кто мог бы посмотреть и удостоверить нас, что мы не сошли с ума”[112].

Стимуляция другой точки на карте M1 заставляла обезьяну действовать так, как будто какой-то посторонний предмет касался ее правой щеки. Животное закрывало правый глаз, поворачивало голову влево, поднимало правое плечо и правую руку, как будто защищало лицо. Но все это время обезьяна не казалась встревоженной и другой рукой брала фрукты. Стимуляция других участков карты заставляла обезьяну тянуться за несуществующими предметами, жевать, подниматься или прыгать. Все эти движения были координированными и осмысленными, хотя исследователи вызывали их по своему желанию путем нажатия на кнопку.

По мере изучения всей карты M1 целиком ученые обратили внимание, что она состоит из основных зон, как это отражено на рис. 27. Стимуляция одной из зон в нижней части карты, которую Джексон и Пенфилд назвали бы отображением рта, заставляла животное жевать или облизываться, как будто оно ело. При стимуляции другой зоны, расположенной в предполагаемом участке ноги, животное подпрыгивало или приподнималось. Еще одна зона, частично перекрывавшаяся с классической зоной кисти руки, отвечала за защитное движение. Когда ученые стимулировали эту зону мозга, обезьяна могла закрывать лицо, прятать руки за спину или отступать, как при реакции на невидимого хищника.

Рис. 27. Зоны на двигательной карте M1 макаки. Художник Пол Ким.