Пластичность мозга. Потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга

В 1971 году Мерцених стал профессором Калифорнийского университета в Сан-Франциско и начал работать на кафедре отоларингологии и физиологии, которая занималась исследованием заболеваний уха. Теперь он был сам себе начальником и приступил к проведению серии экспериментов, которые должны были доказать существование пластичности мозга. Однако данная тема все еще вызывала множество споров, поэтому он проводил эксперименты, связанные с нейропластичностью, под видом исследований, считавшихся допустимыми. Так, в начале 1970-х годов он потратил значительное количество времени на составление карт слуховой зоны коры головного мозга различных видов животных и принял участие в создании и совершенствовании имплантата для внутреннего уха.

Улитка внутреннего уха — это своеобразный микрофон. Она расположена рядом с вестибулярным аппаратом, который управляет чувством равновесия. Когда во внешнем мире возникает звук, звуковые волны разной частоты вызывают вибрацию волосковых клеток внутри улитки, соответствующих определенной частоте. Существует три тысячи таких волосковых клеток, которые преобразуют звук в электрические сигналы, идущие по слуховому нерву к слуховой зоне коры головного мозга. Специалисты, занимающиеся микрокартированием, выяснили, что в слуховой зоне звуковые частоты наносятся на ее карту «тонотопически». Это означает, что они организованы по тому же принципу, что и пианино: низкие звуковые частоты расположены на одном конце проекционной слуховой зоны, а высокие — на другом.

Улитковый имплантат не является слуховым аппаратом. (Слуховой аппарат усиливает звук и помогает людям с частичной потерей слуха, вызванной тем, что их улитка функционирует не в полном объеме, но достаточно хорошо для того, чтобы выявлять хоть какой-то звук.) Улитковые имплантаты предназначены для тех, чья глухота связана с серьезным повреждением улитки. Такой имплантат заменяет улитку, преобразуя звуки речи во вспышки электрических импульсов, посылаемых к мозгу. Мерцених и его коллеги не надеялись полностью воспроизвести сложный естественный орган с тремя тысячами волосковых клеток, поэтому им предстояло решить вопрос о том, может ли мозг, получивший в процессе эволюции способность расшифровывать сложные сигналы, поступающие от такого большого количества волосковых клеток, расшифровать импульсы от гораздо более простого устройства. Если окажется, что он на это способен, значит, слуховая зона коры обладает пластичностью, позволяющей ей изменяться и реагировать на искусственные входные сигналы. Имплантат состоит из микрофона, электронного устройства, преобразующего звук в электрические импульсы, и электрода, который хирурги имплантируют в нервы, идущие от уха к мозгу.

В середине 1960-х годов некоторые ученые были настроены крайне враждебно в отношении самой идеи создания улиткового имплантата. Одни говорили, что осуществление такого проекта просто невозможно. Другие заявляли, что в результате использования таких имплантатов глухие люди могут быть подвергнуты риску дальнейших нарушений. Несмотря на все это, среди пациентов нашлись добровольцы, готовые проверить работу имплантатов на себе. Первоначально некоторые из них могли услышать только шум; другие улавливали всего несколько звуков, шипение и момент начала и окончания звучания.

Вклад Мерцениха в разработку улиткового имплантата заключался в том, что он использовал знания, полученные в процессе картирования слуховой зоны, для определения того, какие входные сигналы должен получать от имплантата пациент, чтобы иметь возможность расшифровать речь, и куда следует имплантировать электрод. Совместно с биоинженерами он работал над созданием прибора, который сможет передавать сложную речь по небольшому количеству каналов и при этом речь не станет менее доступной для понимания. Они разработали высокоточный, многоканальный имплантат, позволяющий глухим людям слышать, а его конструкция легла в основу одного из двух улитковых имплантатов, наиболее часто используемых в наши дни.

Дорогу осилит идущий

Естественно, больше всего Мерцениху хотелось заняться непосредственным изучением пластичности мозга. В конце концов он решил провести простой, радикальный эксперимент, в ходе которого планировалось полностью отрезать поступление сенсорной информации к карте мозга и посмотреть, какой будет реакция. Он отправился в Нэшвилл к своему другу и коллеге из Университета Вандербилта Джону Каасу, который работал со взрослыми обезьянами.

Кисть руки обезьяны так же, как у человека, имеет три главных нерва: радиальный, медиальный и локтевой. Медиальный нерв передает ощущения, главным образом, от средней части кисти, а два других — от ее обеих сторон. Мерцених перерезал медиальный нерв у одной из обезьян, чтобы посмотреть, что будет происходить с картой медиального нерва, когда будет прервано поступление всей входной информации. После этого он вернулся в Сан-Франциско и стал ждать.