Якобони М. Отражаясь в людях. Почему мы понимаем друг друга

которой требует работа с обезьянами, ни нейрохирургия для имплантации электродов... Я не мог не согласиться, что материально-техническое обеспечение у нас проще, но как насчет результатов эксперимента? Нам для их интерпретации необходим
217
ОТРАЖАЯСЬ 3 ЛЮДЯХ
и и
сложный статистическии анализ, и даже после него они обычно не настолько определенны и недвусмысленны, как данные исследований на клеточном уровне. Это может обескураживать. Мой друг хорошо понял, что я имею в виду. Он кивнул. «Когда находишь красивый нейрон, это просто здорово», - сказал он, а в глазах его сквозило восхищение. Что ж, он прав.
Мы, нейроспециалисты, сталкиваемся в нашей работе с очень большими препятствиями. Исследования на самом тонком и детальном - клеточном - уровне, подобные тем, что позволили Витторио и его пармским коллегам впервые обнаружить зеркальные нейроны, носят инвазивный характер, требуют нейрохирургии для имплантации электродов. Хотя нейрофизиологи, работающие с обезьянами, принимают все меры, чтобы имплантация не причиняла животным дискомфорта, существует запрет на подобные исследования человекообразных обезьян и людей (за редкими исключениями, как мы видели; об одном исключении - самом важном - я еще скажу). При этом невероятно изощренные технологии изучения человеческого мозга (и в первую очередь ФМРТ), используемые в лабораториях, подобных моей лос-анджелесской, измеряют лишь совокупную активность большого числа мозговых клеток (так называемых клеточных ансамблей) и, кроме того, не очень хорошо подходят для исследования животных и даже детей, которых трудно заставить неподвижно лежать внутри шумно работающих устройств.
Короче говоря, многообразные технологии пригод-
о о
ны для разных исследовании, и каждой из них присущи
218
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
г.Гюи особые ограничения - практические, материально- технические, финансовые, этические. С обезьянами нам нелегко переходить от изучения одной клетки к изучению ансамблей, с людьми - наоборот. В этом смысле мы на самом деле находимся в промежуточном положении. 1оловоломки, с которыми мы сталкиваемся, оставляют нам умозаключение, аналогию как главный способ обобщения полученных данных и составления развернутой картины, а аналогия, при всей ее ценности и необходимости, инструмент, конечно же, не идеальный. Она не >ыла бы идеальным инструментом даже при сопоставле- пии человека с ближайшим из его живущих ныне роди-
«»
«I *>
геи - с шимпанзе; а макаки стоят еще несколькими эволюционными ступенями ниже. К сожалению, мы мало ч го можем сделать для устранения этого информационного разрыва. Мы не можем изменить эволюционный 11 роцесс, и мы, разумеется, не намерены отказываться от I юлной поддержки запрета на большинство инвазивных научных исследований людей и человекообразных обе- яьян. И я не хотел бы жить в обществе, которое иначе относилось бы к этому вопросу.
Мы не можем изучать на клеточном уровне людей, по как насчет нечеловекообразных обезьян на уровне клеточных ансамблей? Успех подобных исследований позволил бы нам сопоставить нейронную активность ычных данных, я обратился к моему коллеге и настав- пику в сфере нейровизуализации Роджеру Вудсу - неврологу, разработавшему целый ряд аналитических методов нейровизуализации. Когда я обрисовал Роджеру ситуацию, он сказал: «Давайте-ка посмотрим на преобразованные первичные данные». Краткое разъяснение насчет данных ПЭТ: первичные данные - это в основном цифры, соответствующие количеству радиоактивных событий, зафиксированных сканером. Преобразованные первичные данные, как правило, не имеют особой цен-
223
ОТРАЖАЯСЬ В ЛЮДЯХ
ности, поскольку фактически сводятся к размытым мозговым образам в серых тонах. Даже опытный мозгово картограф, скорее всего, не увидит разницы между двумя такими изображениями. Чтобы выявить даже суще- ственные перемены, необходим статистический анализ, выполняемый компьютером. Поэтому, когда Роджер предложил взглянуть на преобразованные первичные данные, я был несколько озадачен. Ведь я не увидел ничего примечательного в результатах статистического анализа, который представляет собой куда более мощный инструмент, чем человеческие глаза. Что мы сможем увидеть в преобразованных первичных данных? Разумеется, я ошибался. Роджер составил из двенадцати образов сканирования испытуемой с мигренью, которые я получил, своего рода мультфильм. При его просмотре любой мог увидеть, что области в задней части мозга после шестого сканирования стали намного темнее, а это означало существенное ослабление радиоактивного сигнала, улавливаемого сканером, и существенное уменьшение кровотока в этих областях мозга. Не будь это уменьшение весьма существенным, оно не было бы так хорошо различимо невооруженным глазом. И действительно,
о и
последующий количественный анализ показал сокращение кровотока в потемневших областях (в задней части мозга женщины с мигренью) примерно на 40 процентов. С шестого сканирования по двенадцатое (последнее) темная зона неуклонно распространялась с задних областей мозга на передние, становясь все больше и больше. При просмотре этих картинок на манер мультфильма зрительное впечатление было очень отчетливым.
224
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
Мы с Роджером мгновенно поняли, что счастливая случайность, позволившая нам сделать это наблюдение, почти в одночасье разрешила спор о патофизиологии ми- г(хми, занимавший неврологов и их пациентов на протя- Ж1 miии полувека. В этом споре было два главных лагеря. ()дни считали, что мигрень - прежде всего проблема сосудов. По не слишком понятным причинам (хотя предположений было немало) кровеносные сосуды во время приступа мигрени сначала сужаются (отсюда - симптом того сейчас имеется целый ряд неинвазивных методов, I ю в некоторых случаях они не дают результата. И тогда последнее средство, на которое решаются нейрохирурги, - имплантировать электроды в ряд областей мозга и следить за мозговой активностью в течение нескольких дней, порой даже неделю или две. Само собой, расположение этих внутримозговых электродов диктуется исключительно медицинскими соображениями, а не любопытством экспериментаторов, и, конечно, непременным условием является согласие пациента. Практика показывает, что его почти всегда дают. И тогда появляется возможность получить уникальную и чрез-
227
ОТРАЖАЯСЬ В ЛЮДЯХ
вычайно ценную информацию о нейронной активно-"in человеческого мозга при различных условиях, причем с максимально высоким разрешением - на уровне отдельной клетки.
Это возможно благодаря тому, что Ицхак Opi д и его коллеги модифицировали главные электроды для этих внутричерепных обследований. Как правило, при таких обследованиях больных эпилепсией an паратура не может показывать потенциалы действи я отдельных клеток. Но для того чтобы находить источник эпилептических припадков, это и не нужно. Электрод способен локализовать очаг эпилептической активности, просто регистрируя электроэнце- фалографический сигнал - медленные электрически е волны, отражающие совместную, ансамблевую активность множества нейронов. Группа Фрида, однако, изменила базовую технологию и начала имплантировать в мозг пациентов пучки из восьми микропроводов, отходящих от конца каждого электрода. Кончики микропроводов очень тонки и чувствительны, и они могут зафиксировать потенциалы действия клеток. Поскольку в мозг пациента обычно имплантируется восемь электродов, мы получаем шестьдесят четыре микропровода, способных улавливать активность отдельных клеток. Увы, не все микропровода реализуют эту способность. Все зависит от того, куда попадет в мозгу кончик микропровода, а этого нейрохирург, даже самый опытный, контролировать не может. Он может контролировать лишь местоположение конца электрода. Если кончик микропровода, отходящего
228
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
от электрода, окажется близко от нейрона, он будет регистрировать его активность, если далеко - то нет. Как правило, клеточную активность регистрируют от ипдцати до сорока микропроводов, и зачастую один Микропровод получает информацию не от одной клетки, а от двух или трех. Поэтому за один рабочий сеанс вполне возможна регистрация сигналов от пятидесяти клеток, и есть вероятность, что таких клеток >удет вдвое больше (правда, никому до сих пор настолько не везло).
С помощью этого уникального оборудования Фрид и его сотрудники могут на беспрецедентно детальном уровне изучить отклик человеческого мозга па различные раздражители и внешние ситуации. Одним из первых исследователей, кто воспользовался этим технологическим прорывом, был Рой Мукамель, научный сотрудник, работавший после защиты диссертации в моей лаборатории. Он провел остроумный и необычный трансатлантический эксперимент с использованием электродов Ицхака, чтобы получить новое подтверждение тесной связи между нейронной активностью у людей на клеточном и ансамблевом уровне. Сначала Рой показал отрывки из знаменитого сериала-вестерна «Хороший, плохой, злой» режиссера Серджио Леоне здоровым добровольцам, согласившимся участвовать в ФМРТ-эксперименте в институте Вейцмана в Израиле, где Рой был аспирантом. Затем, прилетев в Лос-Анджелес, он показал те же отрывки двум эпилептикам, в мозг которых Ицхак Фрид имплантировал электроды с микропроводами.
229
ОТРАЖАЯСЬ В ЛЮДЯХ
После этого Рой проверил активность, зарегистри
рованную в отдельных клетках слуховой коры двух эпилептиков (как показывает название, это область мозга, реагирующая на звуки), на корреляцию с мозговой активностью здоровых добровольцев в Израи ле, измеренной посредством ФМРТ. При том, что неврологические пациенты находились в тихих палатах университетской больницы, а здоровые добровольцы - в очень шумном ФМРТ-сканере, казалось, что эксперимент Роя по сравнению мозговых откликов в слуховой коре потерпит неудачу. Из-за резкого различия в уровне шума сколько-нибудь надежные выводы о сходстве слуховой реакции на фильм, казалось, невозможно будет сделать. Поразительно, но эксперимент удался. Рой обнаружил тесную корреляцию между активностью отдельных клеток в слуховой коре лос-анджелесских эпилептиков и активностью в этой зоне у здоровых добровольцев в Израиле, зафиксированной ФМРТ-сканером126. Этими данными были подкреплены выводы из результатов, полученных Никосом Логофетисом, о прямой связи между активностью отдельных клеток и ансамблевой активностью, измеряемой ФМРТ. Оба этих исследователя, однако, изучали прежде всего сенсорные области: Ло- гофетис - зрительную кору, Мукамель - слуховую. Можем ли мы обобщить эти выводы, распространив их на более сложные участки коры человеческого мозга - например, на те участки лобной доли, что содержат зеркальные нейроны, или на те области височных долей, что являются хранилищем нашей памяти? Не-
230
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
которые очень свежие данные, касающиеся корреляции разрядки на клеточном уровне и ФМРТ-сигнала и височной доле при выполнении заданий на память, говорят о том, что в височной доле активность отдельных клеток и ФМРТ-активность не идут рука об руку. Когда испытуемых просили вспоминать людей иди места, отдельные нейроны реагировали лишь на воспоминание об определенном человеке или определенном месте, тогда как уровень ФМРТ-активности возрастал при воспоминаниях о самых разных людях или местах. Как такое возможно? Ответ дает нейронный феномен, для которого нейроспециалисты нашли несколько разных (и порой довольно-таки забавных) названий: «бабушкина клетка», «разреженное кодирование» и даже «клетка Дженнифер Энистон».
КЛЕТКА ДЖЕННИФЕР ЭНИСТОН
Термин «бабушкина клетка» широко распространен в нейронауке127. Употребляя его, мы исходим из предположения, что мозг, возможно, использует единичные нейроны для отображения, узнавания и идентификации знакомых объектов. В крайней форме эта теория предполагает некое взаимно-однозначное соответствие между клетками и объектами, при котором вашу бабушку по материнской линии кодирует у вас в мозгу одна клетка, бабушку по отцовской линии - другая. У теории «бабуш-

кинои клетки» есть один крупный недостаток, и понять, в чем он состоит, нетрудно: если по какой-либо несчаст-
231
ОТРАЖАЯСЬ В ЛЮДЯХ
ливой причине «бабушкина клетка» погибнет, ваши отношения с объектом, за узнавание которого она отвечает, - с любимой бабушкой - будут полностью разрушены! Вы перестанете ее узнавать и не будете о ней помнить. Есть, однако, у «бабушкиных клеток» и преимущества. Главное из них связано с памятью. Если для того, чтобы извлечь воспоминание о бабушке, нужна только одна клетка, то с помощью великого множества мозговых клеток можно запомнить массу всякой всячины.
В самом радикальном варианте теория «бабушкиной клетки» выглядит почти карикатурно. Современный ее вариант называется «разреженное кодирование». Как подсказывает сам термин, эта идея предполагает, что тот или иной конкретный раздражитель - например, бабушка - избирательно активирует не один нейрон, а несколько. Таким образом, ответственность за память о бабушке возлагается не на одну клетку, а на небольшую группу, и это гораздо более эффективный способ кодирования знакомых предметов и людей. Гибель единичной клетки из группы, кодирующей один и тот же раздражитель, не катастрофична.
Намек на разреженное кодирование на некотором уровне, по существу, содержится в одном из первых описаний зеркально-нейронных свойств. В статье Витторио Галлезе и его коллег по пармской группе, опубликованной в 1996 году в журнале Brain128, упоминаются клетки, избирательно реагирующие на специфические действия. Хотя большинство описанных в статье зеркальных нейронов разряжались при наблюдении за хватательными движениями и при совершении таких
232
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
движений, почти половина из них избирательно реагировала только на специфические действия - такие, как помещение объектов куда-либо, манипулирование объектами, удерживание объектов, соприкосновение кистей рук и т.д. Однако яснее всего говорят в пользу разреженного кодирования и весьма убедительно подтверждают представление о «бабушкиной клетке» эмпирические данные, о которых недавно сообщили Ицхак Фрид и его коллеги, работающие с внутричерепными электродами, вживляемыми в мозг эпилептиков. С помощью портативного компьютера ученые показывали пациентам большое количество изображений известных людей, знаменитых зданий, разнообразных предметов, животных. То, что они обнаружили, ошеломляет. Одна из клеток реагировала только на различные снимки Билла Клинтона, другая - только на фотографии музыкантов из группы «Битлз», третья - только на баскетболиста Майкла Джордана, четвертая - только на кадры из мультсериала «Симпсоны». Клетка, которую мгновенно окрестили «клеткой Дженнифер Энистон», отреагировала на несколько различных фотоснимков актрисы, но осталась безучастна к множеству других зрительных образов, иные из которых визуально были очень похожи па эти фотоснимки129. В частности, Джулия Роберте не удостоилась отклика от «клетки Дженнифер Энистон». Что поразительно, не удостоилась его и фотография Дженнифер с Брэдом Питтом. Учитывая, что эксперимент проводился в то время, когда актер и актриса еще были вместе и постоянно мелькали в таблоидах и на экранах телевизоров, остается только изумляться про-
233
ОТРАЖАЯСЬ В ЛЮДЯХ
зорливости клетки, предвосхитившей их грядущий, Kai говорят у нас в Италии, скандало!
И это еще не все. Фрид и его коллеги обнаружили клетку, избирательно реагирующую на фото актрисы Хэл- ли Берри или на ее имя на компьютерном мониторе. Такой тип реакции наводит на мысль, что эти клетки, возможно, кодируют скорее память как таковую, чем зрительный об раз. Действительно, «клетка Дженнифер Энистон», кроме фото Дженнифер, реагировала и на снимки Лизы Кудроу, и это позволяет предположить, что для клетки важна ассоциативная связь двух актрис, игравших в одном и том же телесериале «Друзья»130.0 захватывающих дух открытиях в ходе этих исследований эпилептиков продолжают поступать сведения. Группа Фрида сумела зарегистрировать разрядку отдельных клеток при актах зрительного воображения (когда человек представляет себе мысленно кого-либо или что-либо) и при воспоминаниях об определенных местах131. Некоторые клетки, реагирующие на определенный зрительный раздражитель (скажем, на лицо), разряжаются и в том случае, когда пациент просто представляет себе это лицо.
Вышло так, что мы с Ицхаком Фридом сотрудничали в середине 1990-х, изучая механизмы интеграции зрительной и моторной информации между левым и правым полушариями мозга через посредство мозолистого тела - большого и плоского сплетения сотен миллионов аксонов (длинных нейронных отростков), расположенного между полушариями. Это было до того, как Ицхак начал исследовать мозг эпилептиков с помощью глубинных электродов, и до того, как я заинтере-
234
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
совался зеркальными нейронами. Разумеется, я знал
0 его новой сфере деятельности, а он - о моей, и задним
1 и слом кажется почти неизбежным, что в какой-то момент мы возобновили былое сотрудничество, чтобы попытаться зафиксировать разрядку индивидуальных зеркальных нейронов. Однако от первых обсуждений до начала реальной совместной работы прошло около двух .лет. Нестыковка требований казалась непреодолимой. Моя мысль заключалась в том, что надо смотреть на те зоны человеческого мозга, где, как мы уверены, должны быть зеркальные нейроны, поскольку эти участки гомологичны зеркально-нейронным областям мозга обезьян. К моему сожалению, Ицхак, как правило, имплантировал свои электроды в те строго определенные зоны, что считаются наиболее «эпилептогенными», то есть с наибольшей вероятностью содержат очаги эпилептических приступов. Сферы нашего внимания различались: области, которыми он должен был ограничиваться, не совпадали с интересовавшими меня, и он практически 11 икогда не имплантировал электроды в те части мозга, которые я хотел изучать. Совместная работа не налаживалась, а когда такое происходит в науке, зачастую труд- I го бывает придать делу новый импульс. Ученые обычно I гастолько погружены в свою собственную деятельность и в текущее сотрудничество, что начать новый совместный проект, сколь бы естественным и логичным он ни выглядел, не удается без какого-то внешнего толчка или счастливого стечения обстоятельств.
В нашем случае удача пришла в лице Арне Экстро- ма, научного сотрудника, изучавшего после защиты дис-
235
ОТРАЖАЯСЬ В ЛЮДЯХ
сертации в составе группы Ицхака клетки человеческого мозга, которые играют важную роль в запоминани и мест. Арне разработал задание для пациентов, связанней • с вождением такси (разумеется, виртуального) по незнакомому городу, и заметил, что, когда один из пациентов нажимал на клавишу для выполнения некоторых элементов задания, определенные клетки в его лобной доле демонстрировали очень высокую активность. Они определенно вели себя как моторные клетки. Арне знал о моей работе, связанной с зеркальными нейронами, и задался вопросом, нельзя ли протестировать на зеркально- нейронные свойства те клетки лобной доли, функционирование которых исследовал Ицхак у эпилептиков. Кроме того, Арне интересовал разрыв между исследованиями отдельных клеток посредством внутричерепных электродов и ансамблевыми результатами экспериментов с нейровизуализацией, использующих ФМРТ. Обсуждая с ним этот возможный проект, я вдруг понял, как я все-таки мог бы использовать электроды Ицхака.
В ПОИСКАХ ЗЕРКАЛЬНЫХ СУПЕРНЕЙРОНОВ
Если зеркальные нейроны - такие мощные нейронные элементы, как я думаю, позволяющие нам «проигрывать» у себя в мозгу действия других людей, то эволюционный процесс, породивший подобный нейронный механизм, должен был создать и некий контроль над ним. Ведь было бы чрезвычайно неэффективно, если бы мы беспрерыв-
236
СУПЕРЗЕРКАЛА И «ПОДКЛЮЧЕННЫЙ» МОЗГ
по имитировали действия, которые видим. Кроме того, имитация принимает многообразные и иногда очень сдожные формы. Ал Дийкстерхейс, социальный психолог из Нидерландов, проводит различие между сложными формами имитации, которые он называет высшими, 11 низшими, сводящимися к прямой моторной имитации (взять рукой чашку, к примеру). Изучая высшие формы имитации, Дийкстерхейс накопил внушительное количество поведенческих данных, подтверждающих наличие у человека разнообразных видов сложной мимикрии. Приведу лишь один пример - но поразительный! В серии экспериментов участников из одной группы просили думать об университетских профессорах, с которыми обычно ассоциируется ум, и записывать все, что приходит в голову. Участников из другой группы просили делать то же самое в отношении футбольных хулиганов - буйных и агрессивных фанатов, с которыми, как правило, ассоциируется глупость (по крайней мере, соответствующее поведение). Затем испытуемые из обеих групп выполнили тест на «общую сообразительность». Казалось бы, второе задание никак не соотносится с первым. Связь, тем не менее, была: испытуемые, которые ранее были сосредоточены на профессорах, добились более высоких результатов, чем те, кто думал о футбольных хулиганах. Более того, «профессорская» группа