Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Создание методов регистрации электрофизиологической активности сначала всего мозга – электроэнцефалограммы (ЭЭГ), первоначально разработанной Бергером в 1920-х годах, – а затем отдельных его областей и, в конечном счете, клеток, не решила проблемы. Данные методы были либо слишком общими, как ЭЭГ, либо чрезвычайно специфичными, сообщавшими только о том, как реагирует выбранный небольшой участкок мозга.

Чтобы достичь большей определенности относительно уникальной роли конкретной области в данном процессе, исследователям нужен был метод, который бы оценивал общую меру активности и одновременно выявлял изменения на локальном уровне. Этого удалось достичь в начале 1990-х годов, когда новая техника визуализации мозга породила целую лавину исследований, изменивших современное представление о мозге [1].

Самые ранние разработки в области визуализации мозга были сосредоточены на анатомии.

Компьютерная томография представляет собой рентгеновские изображения головы.

Компьютерная томография (КТ) получила широкое распространение в 1970-х годах и представляла собой получение нескольких (послойных) рентгеновских изображений головы пациента. Компьютерный томограф был создан в 1960-х годах британским инженером-электриком Годфри Хаунсфилдом (знакомый Хаунсфилда Аллан Кормак в Южной Африке занимался теоретической работой в том же направлении[323]). Сканер впервые был использован в 1971 году для получения изображения мозга пациентки с подозрением на опухоль лобной доли. Когда хирург в конце концов прооперировал ее, он сказал, что то, что он нашел, выглядело «точно как на картинке» [2]. Новый подход, основанный на растущей доступности компьютеров для выполнения необходимых вычислений и получения изображения, быстро трансформировал диагностику физических патологий мозга, и в 1979 году Хаунсфилд и Кормак были совместно удостоены Нобелевской премии за свое изобретение.

Компьютерный томограф был создан в 1960-х годах.

Компьютерная томография, как и простые рентгеновские снимки, выявляет структуру на довольно грубом уровне[324] и не дает прямой информации о функциях. Все изменилось с развитием позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), появившейся в середине 1970-х годов благодаря работам Маркуса Райхла, Майкла Фелпса и Майкла Тер-Погосяна[325]. Этот метод диагностики измерял метаболическую активность в определенной области мозга путем введения слабого радиоактивного индикатора (трассера), такого как вода с радиоактивным изотопом кислорода. Быстро распадающиеся изотопы, используемые в ПЭТ, приводят к излучению гамма-лучей, которые затем можно увидеть [3]. Поскольку эти радиоизотопы быстро интегрируются в нормальную метаболическую активность мозга, в 1988 году Райхл и его коллеги смогли использовать ПЭТ, чтобы показать локальные изменения в активности мозга, когда испытуемые слышали слова [4]. Одна из статей, опубликованная исследователями в 1988 году, получила название, в котором фактически излагался новый подход в их работе, – «Локализация когнитивных операций в человеческом мозге».

Тем не менее ПЭТ-сканирование оставалось слишком медленным и неточным для того, чтобы ученые могли установить четкие связи между структурой мозга и тонкими психологическими функциями. Кроме того, метод подразумевал введение инъекций радиоизотопов, ограничивающих его привлекательность. Решающий прорыв произошел с появлением самой влиятельной технологии визуализации мозга – функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ)[326], которая измеряет поведение атомов в сильном магнитном поле и в настоящее время является доминирующей формой визуализации. В 1991 году Джек Белливо и его коллеги опубликовали статью в журнале Science, описывающую изменения кровотока в зрительной коре во время визуальной стимуляции. В качестве обложки выпуска (для ученого это важное событие!) была выбрана эффектная иллюстрация, представлявшая собой сгенерированное компьютером изображение головы (вид сзади) в оттенках серого. Затылочная часть головы была вскрыта, и читатели могли видеть обнаженную поверхность мозга с небольшими областями красного и желтого цвета, где было обнаружено изменение кровотока.

Публикация вызвала необычайный резонанс, как и надеялись исследователи. Нэнси Канвишер, ныне ведущий специалист по фМРТ, в то время была еще молодым исследователем и вспоминала свое воодушевление: «Эти изображения изменили все… Теперь ученые могут наблюдать, как активность нормального человеческого мозга меняется со временем, когда он видит, думает и запоминает» [5].