Второй прорыв

Второй прорыв

Второй прорыв связан с новой возможностью получать практически в каждом исследовании одновременно сведения о состоянии всего мозга, всех его зон. Этот прорыв позволил строить новую функциональную анатомию мозга человека, подтверждать имеющиеся и формировать новые концепции о механизмах работы мозга. Второй прорыв происходит сейчас, на наших глазах, в Декаду, посвященную мозгу человека. После почти одинокого нашего пути с середины 1960-х годов в изучении мозговой организации мышления сегодня в самых разных изданиях публикуются результаты исследования этой проблемы с помощью неинвазивной техники (позитронно-эмиссионной томографии – ПЭТ, функциональной магниторезонансной томографии – fMRI, или MSI, однофотонной эмиссионной компьютеризированной томографии – SPECT, модернизированной электроэнцефалографии – ЭЭГ, магнитоэнцефалографии – MEG). Возможности неинвазивной техники позволили не только избежать ограничений точечного нейрофизиологического контакта с мозгом. Они, по существу, открыли и принципиально новые перспективы изучения мозга, открыли и расширяют прорыв нового знания в области мозговой организации мыслительной деятельности, да и всех других видов деятельности человека…

Количество публикаций растет как снежный ком, тем не менее данные разных исследователей пока еще не всегда легко сопоставимы. Этому есть объяснение, прежде всего, в методических причинах, а также и во внутренних, а именно в динамичности систем мозга, обеспечивающих высшую нервную деятельность человека. Пожалуй, если только сказать, что изменения на ПЭТ при мыслительных процессах удалось обнаружить как в левом, так и в правом полушарии – и в коре, и в глубоких структурах мозга, это окажется справедливым как резюме для большинства опубликованных работ. В подавляющем большинстве исследований с предъявлением сложных психологических тестов изменения преобладают в левом полушарии, хотя роль правого полушария было бы неправомерно недооценивать – оно закономерно вносит свой вклад в реализацию теста. Можно еще, пожалуй, уточнить, что в коре изменения наблюдаются преимущественно в левой височной доле, много данных об изменении в лобных долях. Изменения чаще всего есть и в других структурах, в том числе нередко и в мозжечке.

С помощью неинвазивной техники в ряде работ изучалась роль активации в симметричных зонах правого и левого полушарий, причем некоторые авторы посвящали работы прицельно этому вопросу (McLaughlin et al., 1992, и др.). Сейчас уже в очень большом количестве работ исследована мозговая организация восприятия различных составляющих речи – от восприятия и воспроизведения слов (Petersen et al., 1988) и их отдельных элементов, грамматики и семантики слов до восприятия корректной и измененной речи и реализации собственно мыслительной деятельности (Roland, 1985; Бехтерева, 1994а, б; Posner, Raichle, 1994; Medvedev et al., 1996; Медведев с соавт., 1996а, б; Pugh et al., 1996, и др.). В материалах Второй международной конференции по функциональному картированию мозга человека (Boston, 1996) в большом количестве работ представлены данные о современном состоянии вопроса о мозговом картировании подавляющего большинства функций человека, и прежде всего высших.

Изменения при психологических тестах наблюдались и в полушариях, и в мозжечке (Tamas et al., 1993). Активации в мозжечке, описанные и другими авторами, отражают его адаптационномодулирующее влияние (Roland, 1993), что проливает свет уже на механизмы мозговой организации этих явлений. В. М. Mazoyer et al. (1993) при прослушивании связного текста видели активацию средних отделов височной коры, верхних отделов префронтальной зоны слева и обоих полюсов височной доли. Текст на неизвестном языке вызывал активацию в области верхних височных извилин обоих полушарий. При бессмысленном тексте паттерн активации менялся. A. Martin et al. (1996) обнаружили с помощью ПЭТ двустороннюю активацию вентральной области височной доли и зоны Брока при назывании содержания рисунков. Называние животных вызывало дополнительную активацию зоны Брока. Называние содержания рисунков с изображением инструментов вызывало активацию левой премоторной области и средней височной извилины. Активацию в нижних отделах левой лобной доли при «внутренней» речи специально описывают Р. К. McGuire et al. (1996).

Изменения магнитного поля в вентролатеральной части лобной доли ассоциативной зоны обоих полушарий наблюдались через 120–165 мс после произнесения слов (Sasaki et al., 1995). Речевые звуки в работах S. Kuriki et al. (1995) вызывали изменения главным образом в верхней височной извилине слева. К. Sasaki et al. (1994) зарегистрировали электромагнитные тетаволны также в области лобной ассоциативной коры при счете, что сопоставимо с данными R. Е. Roland и L. Friberg (1985), – изменения кровотока развивались при мысленном счете в той же области. Р. Е. Roland и L. Friberg видели также умеренное увеличение кровотока в теменно-затылочной области, что коррелировало с данными Н. J. Kahn и Н. A. Whitaker (1991) о «центре счета» (данные нейропсихологических исследований).

В исследованиях, проводимых в Институте мозга человека РАН (Медведев с соавт., 1997), при зрительном предъявлении связного текста и задании последующего его пересказа мы наблюдали множественность зон активации и в левом, и в правом полушариях. Зарегистрирована преимущественная активация левого полушария: первичная слуховая кора, верхняя височная извилина – слуховая ассоциативная кора (поля Бродмана 22 и 38), зона Вернике – височная доля с угловой и надкраевой извилинами (поля Бродмана 22, 39, 41, 42), первичная моторная кора и соматосенсорная кора (прецентральная и постцентральные извилины (поля Бродмана 1, 3, 4), лимбическая кора: задние отделы цингулы (поле Бродмана 23), инсула. В правом полушарии нет активации угловой и надкраевой извилин, есть активация в переднем отделе цингулы (поле Бродмана 24). Из подкорковых структур активированы таламус справа и амигдала слева (рис.1).

Рис. 1. ПЭТ-исследование мозгового обеспечения речи

Мыслительную деятельность невозможно отделить от памяти, однако в некоторых исследованиях предприняты попытки прицельно изучать прежде всего организацию памяти. В исследованиях М. D'Esposito et al. (1995), проведенных с психологическим тестом на операционную память (состояние мозга изучалось с помощью fMRI), показано развитие активации в префронтальной коре и у некоторых испытуемых в anterior cingulate region. Область активации в префронтальной коре различалась у разных субъектов. В нескольких случаях активация наблюдалась в префронтальной области правого полушария. Осложнение задания приводило к активации задних областей префронтальной зоны. Результаты сопоставимы со схожими по психологической задаче исследованиями, где состояние мозга регистрировалось с помощью ПЭТ. По области наиболее выраженных изменений в мозгу на ПЭТ с данными М. D'Esposito et al. (1995) хорошо коррелируют результаты работы В. Е. Swartz et al. (1995), исследовавших зрительную память. И в этом случае наибольшая активация обнаруживалась в дорзолатеральной части префронтальной области, оказавшейся, кроме того, ведущей в выявленных на ПЭТ «матрицах». Однако в работах К. Sasaki et al. (1994) активация на ПЭТ при пробах на память проявлялась главным образом в левой височной области. N. С. Аndreasen et al. (1995) показали различие рисунка активации на ПЭТ при реализации проб в прямой зависимости от формы памяти. Схожие результаты приведены в работах Р. Е. Roland (1993), Р. С. Fletcher et al. (1995), L. Nyberg et al. (1995; 1996). В полном соответствии с хорошо известными представлениями о роли медиобазальных структур височной доли в процессах памяти L. Nyberg et al. (1996) описывают изменения в левой височной доле при извлечении информации из памяти.

Каждый, кто варьировал психологические задания, описывал перестройки мозговой структурной организации системы обеспечения деятельности, соотносимые, прежде всего, с этими изменениями. Очень иллюстративно это положение рассматривается в работах М. I. Posner et al. (1996), Y. G. Abdullaev and M. I. Posner (1997), V. Charlot et al. (1992). В Институте мозга человека РАН, Санкт-Петербург, в работах по изменению направленности внимания с помощью ПЭТ (Roudas et al., 1996) показано, что этот фактор может оказывать поразительное влияние на пространственную организацию зон активации при одинаковых психологических пробах, а также, что при полной идентичности предъявляемых стимулов направленность внимания на восприятие слуховых или зрительных стимулов радикально меняет паттерн возбуждения мозговых структур. При зрительной направленности внимания возбуждение преимущественно сконцентрировано в экстрастриарной коре, а при внимании к слуховым стимулам возбуждены височные области, фронтальная кора, инсула, поясная извилина, чечевицеобразное и хвостатое ядра. Показана асимметрия активации некоторых структур в зависимости от «правой» или «левой» направленности внимания (рис. 2).

Рис. 2. ПЭТ-исследование роли направленного внимания в мозговой активации при психологических пробах

С помощью неинвазивной техники проводится анализ тех расстройств функций мозга, понимание механизмов которых до сих пор было крайне затруднительно, если не невозможно (Morris et al., 1993; Posner, Raichle, 1994; Carlesino and Caltagirone, 1995; Peniello et al., 1995; Fox et al., 1996; Caramazza, 1996; Van Horn et al., 1996; DeCarIi et al., 1996, и многие другие).

Трактовка результатов ПЭТ-исследований мозговой организации мыслительных процессов осложнена многими методологически нерешенными вопросами. Речь идет о разнообразии психологических тестов в разных работах, формах считывания ПЭТ– изображений и др. Как известно, методически большинство представляемых в статьях рисунков является результатом вычитания, сохранением изменений в мозгу, интересующих исследователей в каком-то данном случае,– связанных с опознанием слов, или их генерацией, их смысловой сущностью – отдельно, или в связном тексте, или с грамматическими построениями и т. п. Отсюда как позитивный процесс сейчас должно рассматриваться массивно представленное совершенствование методов анализа ПЭТ данных при одновременном стремлении получить и статистические данные, и результаты индивидуального исследования (Demonet et al., 1993; Silbersweig et al., 1993; 1994; Hurting et al., 1994; Andreasen et al., 1996; в нашем институте – Pakhomov et al., 1996). Развитие ПЭТ-исследований показывает, что разного рода подводных камней, препятствующих корректной оценке данных, еще немало. Даже так называемое состояние спокойного бодрствования, которое во многих психологических исследованиях широко используется как отправная точка, базисный контроль, оказывается достаточно активным с точки зрения мозговой реорганизации процессом (Demonet et al., 1993; Медведев с соавт., 1996а, б, в) (рис. 3).

Сейчас, когда новые возможности изучения мозга человека сделали эту область науки едва ли не самой «густонаселенной территорией», невозможно и не нужно в отдельной статье представлять результаты всех или хотя бы большинства исследований по применению неинвазивной техники для изучения физиологии высших функций мозга и обсуждения всех связанных с этим проблем. Идея изложенного в разделе II – в приведении примеров, демонстрации возможностей, сходства и различия результатов ПЭТ-исследований. Важно представлять себе, что сейчас оказалось возможным и проводится исследование мозговой организации действительно самых разных аспектов психической деятельности человека, и в том числе мозговой организации логики, воображения, творчества.

Вторым прорывом мир науки о мозге человека характеризует успехи Декады Мозга Человека.

Рис. 3. ПЭТ-исследование состояния спокойного бодрствования как референтного состояния при исследовании когнитивной деятельности