ДВА ПОЛУШАРИЯ - Чет и нечет, асимметримозга и знаковых систем

Согласно традиционным выводам нейрофизиологии, у взрослых людей (в подавляющем большинстве случаев — правшей) левое полушарие считается доминантным — главным. Оно управляет движениями главной — правой — руки и речью (как будет видно из дальнейшего изложения, некоторые важные функции, связанные с речью, исполняет другое полушарие; в этом смысле термин «доминантный» несколько условен). Функции правого полушария, которое у правшей ведает левой рукой, до последних лет оставались неясными, хотя удивительная для того времени догадка о них, теперь подтвердившаяся, была высказана английским неврологом X. Джексоном еще 100 лет назад. Джексон полагал, что правое полушарие занято прежде всего наглядным восприятием внешнего мира — в отличие от левого полушария, которое преимущественно управляет речью и связанными с ней процессами. Что же касается звуковой речи, правое полушарие, по Джексону, может производить только такие словесные формулы, которые как бы не членятся на части, а целиком служат автоматически произносимым обозначением целой ситуации. «Здравствуйте!», «Пожалуйста!», «Простите!». Проверка и уточнение этой гипотезы оказались возможными лишь недавно благодаря материалу, накопленному при нейрохирургических операциях над мозгом, в частности при рассечении двух полушарий мозга (ср. [149]).

Левое («доминантное» — в традиционной терминологии) полушарие соединено с правым несколькими соединительными путями (рис. 4). Основным из них является мозолистое тело, состоящее из волокон, которые соединяют кору двух полушарий. Кроме мозолистого тела, есть и другие соединительные тракты — комиссуры (передняя комиссура, задняя комиссура, зрительный перекрест — хиазма). Исследование этих соединительных связей, и их расположения может представлять значительный интерес с точки зрения общей кибернетической теории.

Рис 4. Соединительные связи между полушариями головного мозга

1 - мозолистое тело, 2 - промежуточная масса, 3 - передняя комиссура, 4 - зрительный перекрест (хиазма), 5 - задняя комиссура

Геометрическое строение мозга, как предположил еще около 20 лет назад акад. А. Н. Колмогоров, приближается к такому идеальному типу, который может быть теоретически рассчитан для любого комплекса автоматов. Такие автоматы, обменивающиеся между собой информацией, должны располагаться на поверхности шара, тогда как середина шара должна быть занята соединительными связями между ними. Расположение нейронов и их комплексов в коре головного мозга в некотором приближении соответствует этой идеальной модели (рис 5).

Следует заметить, что сама по себе эта кибернетическая проблема значительно шире, чем вопрос о геометрии мозга Сходные принципы обнаруживаются при исследовании человеческих поселений — от древнейших до современных «сверхгоро-

дов» (мегаполисов). Величайший архитектор XX века Ле Корбюзье всю свою жизнь стремился к созданию строгой науки о градостроительстве -о геометрии города. Он подчеркивал значение «радиально-концентрических форм» города для решения проблемы кризиса городов в машинный век [20, с. 275]. Реальность предложенных Корбюзье проектов больших городов (рис. 6) (начиная с его известного плана трехмиллионного города) подтверждается тенденциями современного строительства сверхгородов.

Эти мысли Корбюзье близки и к тем идеям математиков

об идеальной геометрии коллектива автоматов, которые согласуются со структурой человеческого мозга. Понимая под бионикой ту родственную кибернетике (если не входящую в кибернетику) область современного знания, которая ищет в живых системах модель для технических решений, можно было бы сказать, что в духе бионики мозг человека оказывается моделью для сверхгородов будущего.

Пользуясь этими архитектурными сопоставлениями, можно сказать, что ближайшую аналогию к головному мозгу человека (как бы срез его модели на плоскости) представляют селения первобытных племен: в них (как у индейцев бороро в Бразилии) круг, образуемый хижинами на периферии, делит-

Рис. 5- Расположение автоматов на

поверхности шара:

----------- связи меяеду автоматами (нейронами) на поверхности;---------------внутренние соединительные связи

Рис. 6. План «идеального» города по Корбюзье

ся пополам между двумя половинами племени, тогда как в центре находится место встреч членов обеих половин (рис.7). В человеческом мозге роль такого места встреч играют соединительные пути между двумя полушариями — такие, как мозолистое тело.

Если вернуться к аналогии с двухмашинным комплексом и использовать терминологию теории вычислительных систем, то можно сказать, что мозг в норме представляет собой неразделимую систему из двух функционально разнородных «машин»— полушарий. Разделение этих полушарий, исключительно важное для выявления функций каждого из них, оказалось возможным при операциях, когда для лечения эпилепсии перерезались соединительные тракты между полушариями (рис. 8).

При этом был открыт поразительный факт: два полушария начинали вести себя как две независимые друг от друга системы или как «два мозга» по формулировке Газаниги — одного из крупнейших исследователей, проводивших эти операции.

Рис. 7. План селения индейцев бороро в Бразилии:

МД — мужской дом; 1 — высший брачный класс внутри клана; 2 — средний брачный класс внутри клана; 3 — низший брачный класс внутри клана

Рис. 8. Два полушария головного мозга, разделенные нейрохирургом для лечения эпилепсии:

1 — мозолистое тело; 2 — передняя ко-миссура, 3 — комиссура гиппокампа

Рис. 9. Эксперимент, позволяющий определить функции двух полушарий

Всего нагляднее это обнаружилось в поведении одного больного, который левой рукой начал в ярости трясти свою жену, а правой рукой (в буквальном смысле не знавшей, что и зачем творит левая) помогал жене усмирить свою же левую руку. Большинство больных, перенесших операцию рассечения мозолистого тела и других соединительных трактов (комис-сур), ведет себя как нормальные люди. Более того, было обнаружено, что некоторые люди рождаются с разъединенными полушариями, что не мешает им жить. Исследование таких больных позволило немецкому неврологу X. Липману еще до первой мировой войны выявить некоторые характерные особенности каждого полушария. В то время на эти работы не было обращено должного внимания Лишь много позднее вновь было установлено, что разъединение полушарий позволяет поставить такие эксперименты, которые проясняют функции каждого из двух полушарий [21,22].

Эксперименты основаны на том, что в норме правая половина поля зрения проецируется в левое полушарие мозга, а левая половина — в правое полушарие. Если у больного рассечен зрительный перекрест, где встречаются зрительные волокна, ведущие от глаз к мозгу, то правое полушарие будет связано только с левым глазом и получать информацию только от него, тогда как левое полушарие будет получать информацию только от правого глаза (рис. 9). Когда на экране для левого глаза (для правого полушария) вспыхивает изображение ложки, больной должен найти ложку среди других предметов за экраном, что он может сделать левой рукой, управляемой правым полушарием. Эту задачу он решает легко. Но назвать ложку «ложкой» он не может, потому что называние предметов относится к функциям левого полушария.

В последнее время проведена большая серия экспериментов того же типа над людьми с нерасщепленными полушариями, которая в целом дала сходные результаты и привела к выводу о еще более слабых языковых возможностях правого полушария в норме [23]. Клинические данные о функциях каждого из двух полушарий извлекаются также из наблюдений над больными с травматическими поражениями одного из полушарий. Это давно уже позволило определить связь доминантного полушария с речью при дальнейшем подразделении функций разных отделов коры доминантного полушария: одни .отделы отвечают за анализ звуков речи, другие — за их синтез. Связь левого полушария с анализом речи, а правого — с решением пространственных задач у нормальных людей (правшей) подтверждается также посредством электроэнцефалографических данных (при нескольких электродах, установленных на поверхности каждого полушария) и регистрации движений глаз [24]. Эти же результаты подтверждены при кратковременном выключении одного из полушарий (с помощью электросудорожного шока), в частности при лечении психических болезней [25].

У нормального взрослого человека (с нерасщепленными полушариями) правое полушарие (или «правый мозг») можно считать почти совершенно немым: оно может издавать лишь нечленораздельные звуки, подобные реву и визгу. Правое полушарие в очень небольшой степени может понимать обращенную только к нему речь-----преимущественно лишь отдельные существительные и словосочетания и самые простые предложения (не членящиеся на элементы, как «Спасибо»), Но при этом именно правое полушарие хранит в себе такие сведения, которые позволяют толковать смысл слов: оно понимает, что стакан - - это «сосуд для жидкости», а «спички» «используются для зажигания огня» [23].

Если воспользоваться принятым в семиотике (науке о знаках, системах знаков и текстах) выделением в словах — знаках естественного языка — их «означающей стороны» (звучания) и «означаемой стороны» (значения), то можно сказать, что правое полушарие преимущественно занято означаемой стороной знаков (рис. 10).

Когда у глухонемого человека страдает левое полушарие

мозга, правое сохраняет образный язык жестов (каждый из которых передает особое значение как отдельное слово), а способность пользоваться пальцевой азбукой (в которой каждый знак соответствует букве письменного языка) и устным языком, которому обучен глухонемой, теряется. Из этого видно, что в правом полушарии смысл слов («означаемая сторона» знаков или их значения) хранится в такой форме, которая не зависи, от их звуковой оболочки. Этот вывод подтверждается и резулъ-

Рис. 10. Означаемая и означающая стороны знака и полушария мозга

татами поражения левого полушария у японцев. Грамотные японцы пользуются одновременно иероглификой — понятийным словесным письмом, в котором каждое значение передается особым иероглифом, и слоговой азбукой, записывающей звучание слов, но не их смысл. При поражении левого полушария у японцев страдает слоговое письмо (хирагана и катакана) но не иероглифика [26, 151] (рис. 10, 11).

То, что правое полушарие занимается значениями слов а не их звучаниями в естественном языке, хорошо согласуется с данными о других его функциях. Больные с нарушениями нормальной работы правого полушария не могут разложить картинки так, чтобы получить связный рассказ (т. е. сделать именно то, что необходимо для пользования иероглификой!)

Поражение правого полушария делает невозможным запоминание (как бы «впрок») бессмысленных рисунков и незнакомых лиц [27, с. 257—258] и узнавание знакомых лиц, даже членов собственной семьи [28, с. 462-463].

Это расстройство зрительных образов связано главным образом с поражением височной доли правого полушария. Когда в той же области этого полушария возникает активное поле, связанное с эпилептическим припадком, больной видит зрительные галлюцинации. Их можно вызвать и стимулируя мозг больного в том же участке правого полушария электродами.

Соответствующие области левого полушария специализированы именно на обработке речевых звуков. Это полушарие участвует и в различении других, неречевых звуков, но достаточно сложным образом: при восприятии звуков, различающихся по высоте, у правшей восприятие высокого тона связано с правым ухом, т. е. с левым (доминантным — речевым) полу-

Рис. 11. Расстройстве слогового письма при афазии (поражении речевой зоны Брока) у японца.

шарием, а восприятие низкого тона — с правым (неречевым) полушарием. То обстоятельство, что это определенным образом зависит от доминантности полушария, видно из опытов, судя по которым у левшей — ситуация обратная; при исследовании этих музыкальных иллюзий, по-видимому, выявляются более сложные классификационные функции левого полушария, отличающиеся от простого частотного анализа. Предполагается, что восприятие высоких тонов соотнесено с тем полушарием, которое занимается обработкой звуковых сигналов естественного языка [29].

Возможно, что специализированные устройства в левом полушарии мозга используются одновременно как для частотного анализа звуков речи [30, с. 241, 337], так и для анализа

определенного типа неречевых звуков (высоких тонов). Что же касается сложных неречевых звуков, их восприятие у правшей преимущественно осуществляется правым (неречевым) полушарием [25; 29, с. 103], которое управляет и интонацией (вы-сотно-мелодической стороной) устной речи. Оно же в основном ведает и высшими творческими музыкальными способностями, потому что амузия (потеря этих способностей) наблюдается при поражении правого (неречевого) полушария.

А. Р. Лурия и его сотрудники описали случай, когда известный композитор после кровоизлияния в левом полушарии с нарушением кровообращения в системе левой средней мозговой артерии потерял дар речи и затем восстановил его частично, но при этом вполне сохранил способность к музыкальной композиции (трудности вызывало у него лишь сочинение вокальной музыки, в которой существенным компонентом является звучащая речь). Этому соответствовало то, что левая рука сохраняла всю свою подвижность, тогда как правая была парализована. Смысл слов был понятен больному, если ему показывали зрительные изображения. Примечательно, что письмо у него было затруднено, но техника музыкальной записи была безупречной [31]. Ранее была описана сходная история болезни композитора Равеля.

Наблюдения над многими музыкально одаренными людьми в норме позволили прийти к выводу, что правое полушарие ведает музыкальным творчеством, тогда как левое может анализировать музыку с помощью словесных и буквенных обозначений [32, с. 102—105; 150].

К числу функций правого (неречевого в норме у правшей) полушария, кроме восприятия таких конкретно-пространственных образов, как лица людей, понимание смысла слов, сочинение музыки, относится и управление многими сложными действиями: одеванием, пользованием ножницами, складыванием кубиков. Очень упрощая, можно было бы сказать, что в программах исполнения команд робота из Лаборатории искусственного интеллекта Стенфордского университета, который поднимает кубики и может поставить их один на другой [17], моделируются некоторые из функций правого полушария.

Правое полушарие занимается управлением движениями человека в конкретном времени и в конкретном пространстве Если воспользоваться кибернетической аналогией с двухмашинным комплексом, то можно сказать, что правое полушарие напоминает машину, работающую в режиме реального времени. При поражении задней теменной области правого полушария больные теряют восприятие левой стороны своего тела и прилегающей части пространства.

Исследования последних лет позволяют предположить, что эта особенность правого полушария восходит к самым ранним этапам эволюции предков человека. У человека отсутствие ориентировочного рефлекса на стимулы, приходящие с левой стороны, при поражениях правого полушария связывается с путями, соединяющими кору этого полушария с древними глубинными частями мозга [24, с. 286—302]. Древность этого явления подтверждается тем, что аналогичный эффект был обнаружен при экспериментах на обезьянах. У обезьян нейроны задней (и средней) теменной области каждого из полушарий связаны с управлением вниманием животного по отношению к предметам, расположенным со стороны, противоположной данному полушарию [24, с 289—291; 28, с. 466—467].

У человека это явление в форме, близкой к древней, сохраняется только в правом полушарии При поражении соответствующих теменных областей левого полушария возникает неумение различать категории левого и правого и соответствующие им обозначения (слова со значением «левый» и правый»), нарушение способности воспринимать собственные пальцы рук («пальцевая агнозия») и связанных с пальцами ранних культурных навыков — счета («акалькулия»— потеря способности считать) и письма («аграфия» — неумение писать)—явления, которые ранее объединялись термином «синдром Герстма-на» (по имени немецкого невролога, установившего в 1930 г. возможность их совместного появления). Но каждое из этих явлений может появляться и отдельно от других, лишь иногда ему сопутствующих. Общим для всех явлений, обозначавшихся как «синдром Герстмана», является то, что они связаны с восприятием пространства опосредованно — посредством слов (названия «левый» и «правый», названия пальцев и числительные, во многих языках образованные от названий пальцев). Левое полушарие называет словами левую и правую стороны пространства, тогда как правое полушарие непосредственно в них ориентируется.

Моделирование соотношений между правым и левым полушарием могло бы быть достигнуто в таком машинном комплексе, в котором языковый «процессор» (специальное устройство для обработки речевой информации) был бы соединен с функционально от него отличным автоматом. Последний должен был бы работать в режиме реального времени и локализовать в конкретном пространстве — времени все процессы, описываемые в языковых высказываниях (рис. 12).

Структура языкового «процессора» обнаруживается при поражениях разных участков коры левого (доминантного) полушария [33]. Эти поражения ведут либо к «моторной афазии» - - нарушению процессов синтеза речи, связываемых с зоной Брока (рис. 13), с дальнейшими подразделениями на отделы, вызывающие разные подтипы моторной афазии, либо к «сенсорной афазии» ~ нарушению процессов анализа речи, связываемых с зоной Вернике (рис. 13).

При нарушении процессов синтеза речи смысл слова может не разрушаться, тогда как при нарушении процессов анализа речи обнаруживаются тяжелые расстройства значений слов, хотя речь остается грамматически правильной. Эти факты,

Рис. 12. Предлагаемая схема двухмашинного комплекса, моделирующего языковые функции двух полушарий

открытые еще в прошлом веке (Брока в 1865 г. и Вернике в 1874 г.), но уточненные исследованиями последующего столетия [34, с. 834—843], показывают, что речевое полушарие внутри себя имеет достаточно сложную систему специализированных устройств ввода (анализа, зона Вернике) и вывода (синтеза, зона Брока) речевой информации.

Расстройства, вызванные поражениями систем ввода, имеют черты, общие с нарушениями работы правого (неречевого) полушария, что можно объяснить в общем случае нарушением путей получения информации, нужной для объединения означаемой и означающей сторон знака (ср. рис. 10). В обоих случаях затрудняется ввод данных в левое полушарие: при поражении зоны Вернике нарушается ввод слов в их звуковой форме, при поражениях правого полушария затруднен ввод данных, необходимых для понимания значений слов. Поэтому нарушения значений слов при поражении зоны Вернике, занимающейся в основном анализом означающим стороны, отчасти аналогичны тем нарушениям значений, которые вызваны отсутствием

информации из правого полушария, где хранятся данные об означаемой стороне знаков. Это показывает, что различные механизмы могут вести к внешне сходным последствиям.

Исследование афазии давно привело к наблюдению, имеющему исключительное значение для уяснения соотношения между функциями левого и правого полушария. С присущим ему блеском этот вывод изложил Выготский: «Во Франкфуртском институте были впервые описаны случаи, когда больной, страдавший правосторонним параличом, но сохранивший возможность повторять произносимые перед ним слова, понимать

речь и писать, оказывался не в состоянии повторить фразу: «я умею хорошо писать моей правой рукой», — но всегда заменял в этой фразе слово «правой» словом «левой», потому что он в действительности умел писать теперь только левой рукой, а правой писать не умел. Повторить фразу, которая заключает в себе нечто несоответствующее его состоянию, было для него невозможным» [35, с. 341].

Связь воображения с речью, открытая в этих наблюдениях Блейлера и его школы и подтвержденная анализом детской психологии, важна прежде всего потому, что здесь отчетливо обнаруживается различие между левым речевым полушарием, не прикрепленным к конкретной ситуации, и правым полушарием, всегда оперирующим только в реальном времени. Для правого полушария все его высказывания должны быть истинными — ложными могут быть только утверждения левого полушария.

Этот вывод чрезвычайно важен для уяснения соотношений между левым полушарием и логикой, в частности двузначной,

основанной на различении истинных и ложных высказывании. Логические системы позволяют на основании определенных правил установить, является ли полученное (из истинного или ложного) высказывание истинным или ложным. Не приходится сомневаться в том, что такие правила (как и само категориальное разграничение истины и лжи) могут быть соотнесены именно с левым полушарием. Логический критерий истинности — ложности не имеет ничего обшего с той адекватностью некоторым реальным ситуациям, которая составляет характерную черту поведения правого полушария в целом, не

Рис. 13. Специализированные устройства для ввода (зона Брока) и вывода (зона Вернике) устной речи в левом полушарии

способного отрешиться от конкретной специфики данной ситуации.

Поэтому едва ли можно считать удачной ту кибернетическую модель мозга, которую недавно предложил М. Арбиб. Критикуя подход, при котором'информация, вводимая в машину, обязательно задается в языковой форме. Арбиб предложил несловесную модель, оперирующую непосредственно с сигналами из среды. Но машина Арбиба настолько же далека от человеческого мозга, как далеки от поведения обычного человека те мудрецы из Лапуты в «Путешествиях Гулливера» Свифта, которые решили не пользоваться словами, а всякий раз показывать ту вещь, о которой идет речь.

Если модель должна воспроизводить существенные черты общей структуры мозга, то в ней нужно добиваться соединения несловесной «исполнительной» подсистемы, работающей в режиме реального времени и в этом отношении аналогичной правому полушарию, с планирующей «законодательной» подсистемой, которая в существенной степени занята построением языковых (и логических) высказываний. Функции такой подсистемы в известной мере были бы аналогичны роли левого полушария.

ДВА ПОЛУШАРИЯ - Чет и нечет, асимметримозга и знаковых систем - Иванов В. В.