Введение

Введение

Переломный момент в развитии физиологии мозга человека наступил во второй половине настоящего столетия. Он обусловлен результатами фундаментальных и прикладных исследований, творческим приложением теоретических положений экспериментальной физиологии к организму человека с учетом его качественного своеобразия, специальной разработкой тех направлений физиологии мозга, изучение которых в эксперименте принципиально невозможно.

Развиваясь на основе синтеза знаний о процессах жизнедеятельности организма здорового и больного человека, обеспеченных чрезвычайно быстрым ростом методических возможностей в изучении молекулярных, клеточных, органных и организменных механизмов, физиология мозга человека превращается в наиболее плодотворную для практики область теоретической медицины. Результаты идейно полноценных и адекватно организованных нейрофизиологических исследований используются в нейрохирургии и неврологии. Разработка отдельных направлений фундаментальных физиологических исследований приближает к пониманию и физиологически обоснованному лечению психических болезней. Данные о физиологическом обеспечении психических процессов все шире используются философами для решения проблемы материальных основ идеального.

Прогресс в физиологии мозга человека важен для медицинской лечебной практики. Он настоятельно необходим также для расширения возможностей превентивной медицины и правильной организации педагогического процесса в век научно-технической революции.

Интерес к механизмам деятельности человеческого мозга бесконечно давний. По существу, именно этот вопрос лежит в основе различных мировоззрений и философских построений.

Первые собственно научные представления о мозговом обеспечении специально человеческих функций относятся к XIX веку. Мы имеем в виду хорошо известные результаты клинико-анатомических сопоставлений, давшие опорные, хотя – как сейчас мы уже имеем право сказать – грубые данные о том, какие структуры мозга преимущественно связаны с этими функциями. Опыт внес существенные поправки в первые представления, однако их позиции в истории физиологии мозга человека неоспоримы.

Огромное значение для физиологии мозга человека имеют труды И. М. Сеченова и И. П. Павлова. Не вызывает сомнения положение о том, что творческое развитие их учения должно и может еще приносить новые зрелые плоды практической медицине. Концепция П. К. Анохина о механизмах мозга, имеющая значение общебиологической закономерности, также может, особенно при ее практической ориентации, дать много ценного не только для понимания, но и для направленной мобилизации резервов мозга. Анализируя механизмы здорового и больного мозга, необходимо учесть представления Д. К. Беляева о роли факторов внешней среды и вызываемых ими перестроек организма в проявлении его генетических свойств.

Физиология мозга человека все теснее смыкается с психологией, причем одна из ветвей психологии – нейропсихология – может рассматриваться как пограничная дисциплина, равно обогащающая и психологию, и физиологию и обогащаемая ими. Однако было бы неправильно недооценивать в развитии физиологии мозга человека и роль ее связей с биохимией, молекулярной биологией, математикой, физикой и кибернетикой. Таким образом, не только данные клинико-анатомических сопоставлений, но и общебиологические теории и широкие возможности различных наук стали фундаментом, на котором строится здание физиологии мозга человека.

Эти возможности и полученные с их помощью данные приобрели особую ценность сейчас, когда именно для физиологии человека открылись свои подступы к мозгу, новые способы проникновения в его механизмы.

До самого последнего времени, до последних десятилетий этого столетия физиологи не имели ключа к изучению тонких нейрофизиологических механизмов мозга человека, его нейрофизиологической динамики. Сейчас – и прежде всего на основе использования возможностей, открытых стереотаксической нейрохирургией и современной техникой, – открылись реальные пути изучения структурно-функциональной организации и нейрофизиологии мозга человека. В физиологии мозга человека сейчас уже накоплен большой материал, открыты новые направления.

Однако сложнейший орган – мозг человека – еще очень долго будет создавать предпосылки для гораздо большего количества вопросов, чем будет получено ответов. Непредвзятое сопоставление результатов только физиологических и морфологических исследований иногда не столько раскрывает тайны мозга, сколько ставит нас в тупик. Так, несомненно, нуждаются в специальном рассмотрении проблемы передачи информации в мозгу человека. Данные об этом, полученные аналитическим путем, очень трудно интерпретируются при попытках интегративного подхода. Так же сложно обстоит дело с сопоставлением свойств одного нейрона и сообщества нейронов, ибо функционально объединенное сообщество приобретает новое качество, которое не является результатом простого суммирования свойств отдельных единиц.

В мозгу человека и животных, по-видимому, есть врожденные, генетически детерминированные и отсюда онтогенетически преимущественно развертывающиеся свойства детекции некоторых простых сигналов. В процессе онтогенетического развития человек научается различать множество сигналов внешнего мира, в том числе и достаточно сложных – речевых. И не только различать, но и использовать далее мозговое отражение сигнала в качестве оперативных единиц. Это происходит, прежде всего, на основе влияния на нервные сообщества и системы индивидуально формирующейся памяти, организующей активность указанных сообществ для выполнения деятельности. Какие звенья цепи сейчас известны? В арсенале биохимиков наиболее вероятными кандидатами, отражающими процессы обучения, являются белки, специфичные для мозга, однако при этом «специфичность» пока все еще относится к пространственной организации системы (Hyden, 1978), а специфичность самого биохимического уровня, таким образом, еще неясна. И в то же время значение этого вопроса таково, что, неизбежно постулируя влияние памяти на функции мозга, приходится развивать исследования по модуляции, управлению механизмами памяти, хотя сами механизмы этих влияний еще не изучены. В этом направлении намечаются определенные успехи, причем одной из перспективных линий развития кажется сейчас использование с этой целью нейропептидов. На сегодняшний день, однако, еще нет оснований надеяться на скорую, легкую и, главное, – полную победу.

Труднейших вопросов к мозгу много, в том числе и глобального порядка. Современная социология обеспокоена тем, как человеческий мозг справится с обилием информации, с возросшими и все растущими требованиями к нему. Созданные мозгом гениев и талантов предпосылки к научно-технической революции, сама научно-техническая революция, обеспеченная трудом и талантом миллионов, предъявили, в свою очередь, огромные требования к мозгу. Через глаза и уши, практически мало зависимо от желания человека, к нему поступает огромный поток сведений. Мозг, хочет человек этого или нет, реагирует на этот поток. Существует ли реальная угроза того, что мозг человека может не справиться с этой сложностью?

Теоретики экспериментальной физиологии показали предположительные основные принципы, по которым во взаимодействии с внешней средой развился мозг. Нейрофизиология человека должна попытаться ответить на многие вопросы. Каким образом оказывается возможным не только колоссальное индивидуальное усовершенствование, проявление возможностей индивидуального мозга, но и резкий переход на новые ступени взаимодействия со средой во все усложняющейся обстановке? Как мозг человека меньше чем за два поколения оказался способным адаптироваться в практически совершенно новом мире?

Что будет с человеческим мозгом, если и дальше с огромным ускорением будет увеличиваться нагрузка на него? Существуют ли в мозгу механизмы самосохранения, самозащиты? Какие его образования и системы именно в этом плане более уязвимы? Сдаст ли первой система обеспечения эмоций и повлечет за собой крах связанной с ней теснейшим образом системы, обеспечивающей интеллектуальную деятельность? Или, наоборот, ее полом защитит интеллектуальные функции мозга от перегрузки?

Надо ли «обезвреживать», подавлять систему обеспечения эмоций и предположительно тем самым открывать простор интеллекту или стоит прислушаться к сигналам бедствия этого «предохранительного клапана» (и слушаться их!)?

Сложнейшие проблемы требуют решения в клинике длительно текущих заболеваний мозга. Действительно, почему нередки в этих случаях ситуации, когда болезнь как бы начинает бороться против врача, против лечения?

Так, удалены очаг эпилептогенеза и его источник – область анатомического повреждения мозга. А врач вынужден настойчиво продолжать противоэпилептическое лечение, бороться с эпилептической болезнью, всегда готовой сформировать новый очаг эпилептогенеза. И не всегда, к сожалению, побеждает врач. Очаг эпилептогенеза подавлен местно, без нанесения мозгу провоцирующей новый очаг травмы, – та же ситуация! В других, ранее спокойных, областях мозга загорелись очаги эпилептогенного пожара. Эпилептический мозг – что в нем обусловлено генетически, что – влиянием различных внешних и внутренних причин, в том числе самой болезнью, изменившей организм, изменившей мозг?

Удачно прошла операция по поводу паркинсонизма. Доволен больной – и хочет радоваться врач. Только хочет, потому что знает: надо подождать. За успехом на операционном столе через несколько недель могут вновь появиться все или многие признаки изнуряющей болезни, появиться в то время, когда отек в мозгу, по-видимому, уже давно прошел, а для настоящего прогресса этой, к счастью, медленно текущей болезни еще не настал срок. Болезнь упорно сопротивляется, обходя хирургические и фармакологические ловушки, расставленные ей врачом.

Примерами этого рода полна соматическая клиника. Их можно наблюдать при гипертонической болезни, в процессе лечения которой препараты и их дозировки приходится все время варьировать, при язвенной болезни и при многих других длительно текущих заболеваниях. Но в клинике болезней мозга они, если вдуматься, особенно неожиданны. В мозгу человека так много клеток, так много связей, многие клетки и клеточные ансамбли исходно полифункциональны, то есть готовы служить и движению, и эмоциям, и интеллекту. Где же эти резервы, когда они особенно нужны? Можно ли управлять ими? Существуют ли в мозгу механизмы не только профилактической защиты, о которой говорилось выше, защиты от повреждения, но и защиты, борющейся с уже имеющимся поражением? Предположительно да, но как ими воспользоваться врачу?

Приведенными вопросами не исчерпывается хотя бы часть их нигде и никем не составленного списка. А отвечать на них приходится и придется. И чем раньше – тем лучше.

Прекрасно ощущение сознавать, что ты внес вклад в сокровищницу фундаментальной науки, по праву связал свое имя с каким-то фактом или теорией, все-таки приоткрыл тяжелую дверь к тайнам живой природы. На пути к этому – радость и отчаяние, взлеты мысли и борьба за ее права с самим собой, с коллегами и оппонентами, живыми и мертвыми авторитетами. Все это так. Есть свои беды в самой удачной судьбе ученого-теоретика. Однако же те, кому довелось работать и в области теории, и в непосредственной близости к больному человеку, делить с врачом ответственность за его судьбу или отвечать за него, могут сравнить разные меры трудности и беды.

Не признано правильное решение в науке (еще не признано!). Сам обнаружил ошибку или ее обнаружили свои или чужие (кстати, еще неизвестно, что больнее). Не сумел спасти больного. Делал все, но не все предвидел, не все учел. Не все, что уже известно, знал или принял во внимание. Или не рискнул сразиться с болезнью. Или не можешь помочь, потому что, как говорят в таких случаях, медицина сейчас бессильна. В первых случаях – это, к счастью, судьба единиц. Во втором – сегодняшняя неизлечимость определенных болезней. И ответственность ученых за нерешенные проблемы.

Проблема несделанного всегда имеет точный адрес в сфере производства. И, как правило, безадресна в науке. Вопрос этот очень сложен. Нерешенные и нерешимые сегодня проблемы есть. Их еще порядочно останется и нашим потомкам.

Следует подчеркнуть, что, как и во многих других областях науки, в области физиологии здорового и больного мозга человека сейчас особенно важно обобщить и критически рассмотреть имеющийся актив, перспективы, оценить уровень и степень решения проблем и постановку их.

За прошедшие почти два с половиной десятилетия накоплен большой многоплановый материал в области физиологии мозга человека, проведены и проводятся обобщения, выдвинуты и подтверждаются новые концепции, открыты новые научные направления. Наибольший эффект в этой области науки, как и во многих других, дает комплексный подход, когда вместе с физиологами работают врачи, биохимики, специалисты технического профиля.

Подавляющее большинство проблем нейрофизиологии может быть решено только при исследованиях, проводимых у человека. Тонкое изучение механизмов мозга человека возможно и проводится преимущественно у людей, лечение и диагностика болезней которых осуществляются с помощью приемов стереотаксической нейрохирургии.

Незыблемым законом в этом случае является абсолютный приоритет решения лечебных и диагностических задач. Ни одно сколько-нибудь спорное по влиянию на больного мероприятие не должно осуществляться, если оно вне интересов каждого данного больного. Никакая потенциальная польза «большой науке» или «другим больным» не служит пропуском и индульгенцией для действий, не оправданных именно его интересами.

Как же в условиях такого режима возможно накопление данных по физиологии мозга? Ответ в самой организации диагностических и лечебных исследований, в формах сбора, накопления и анализа материала. Первый аспект вопроса – безопасность больного и медицинскую этику – обязательно контролируют врачи. Второй – решается в творческом содружестве физиологов с инженерами, математиками, физиками и кибернетиками.

Особенно тонкие материалы о функциях мозга человека получены при лечебно-диагностическом применении метода множественных долгосрочных вживленных электродов. Этот прием до 60-х годов использовался без применения точных расчетов, без сочетания со стереотаксической техникой (Bickford et al., 1953; Bates, 1961; Walter, Crow, 1961, и др.).

Введение электродов в мозг с 1963 года в нашей стране осуществлялось не только на основе стереотаксических расчетов, но и с использованием для этой цели ЭВМ, что ускорило расчеты и сделало их более точными и со временем привело к созданию стереотаксического метода, конкурентоспособного со всеми другими такого рода приемами (Аничков, 1977, 1980; Аничков и др., 1980; Полонский, 1981). Все получаемые у одного больного материалы уже только в результате применения расчетов при введении электродов оказывались принципиально сопоставимыми с тем, что получалось у следующего и следующих. Большое значение имело предложение и применение комплексного метода исследования мозга. Если ранее процесс обследования больных осуществлялся с помощью одной (ЭЭГ или нейронная активность), максимум двух-трех (ЭЭГ+нейронная активность+ВП) методик, то с 1965 года в рамках комплексного метода изучения мозга регистрировались уже все возможные физиологические показатели мозга: электроэнцефалограмма (ЭЭГ), электросубкортикограмма (ЭСКоГ), импульсная активность нейронов (ИАН), вызванные потенциалы (ВП), сверхмедленные физиологические процессы (СМФП), напряжение кислорода (рO₂), импеданс, кровоток и другие (Бехтерева, 1966, 1971, 1974). Эти показатели записывались в покое, при различных физиологических состояниях обследуемого лица, при заданных интеллектуальных, эмоциогенных, двигательных и других тестах. Данные, полученные в условиях прямого контакта с мозгом через вживленные электроды, дополнялись результатами исследования состояния капилляров, пневмограммы, миограммы, КГР, ЭКГ и т. д. Те же показатели регистрировались при диагностических и лечебных электрических воздействиях через вживленные электроды. Все это оценивалось комплексно, с учетом данных клиники и биохимических показателей.

Такой подход не только и не просто увеличивал объем получаемой информации, а позволял корректировать сведения о расположении электродов в соответствии с индивидуальными вариациями мозга, получать взаимодополняющие данные о состоянии различных структур мозга и, наконец, обеспечивал выбор оптимального приема или субкомплекса приемов для исследования тех или иных функций, преодолевал ограниченность монометодического подхода к изучению различных проявлений активности мозга. Работа в тесном творческом контакте с представителями точных наук позволила применять адаптированные и разрабатывать оптимальные оригинальные приемы целенаправленного извлечения информации из данных физиологических наблюдений, а применение телеметрии – расширить круг исследуемых физиологических и патологических состояний больных.

Полиметодичность и корректность исследований позволили значительно развить существующие научные направления и создать ряд в том числе и принципиально новых в различных областях физиологии мозга человека.

Так, в плане изучения структурно-функциональной организации мозга человека накапливаемые таким образом данные в первую очередь существенно дополняли то, что было известно ранее, а стереотаксическая неврология (Смирнов, 1976), созданная на базе изучения структурно-функциональной организации мозга, явилась по своей точности и тонкости уже качественно новым направлением, соотносящимся с первым, как клиническая биохимия с молекулярной биологией.

Если первоначально изучение мозгового обеспечения психической деятельности сводилось к выяснению роли глубоких структур мозга в этом процессе, то в дальнейшем были вскрыты общие принципы мозговой организации данной системы, показано наличие в ней аппарата жестких и гибких звеньев. Углубление в данную проблему, в свою очередь, привело к разработке уже принципиально нового направления исследований – изучения мозгового кода психических процессов.

Исследование нейрофизиологии психических процессов, естественно, потребовало углубления и в проблему памяти – первоначально в том ее объеме, который был conditio sine qua non. Результаты электрической стимуляции мозга и регистрации его физиологических показателей позволили более серьезно поставить эту задачу. Нейрофизиологическое изучение памяти представляет самостоятельное направление исследований, стимулирующим ядром которого является представление о регуляции и саморегуляции процессов памяти.

Как известно, исследование эмоциональной сферы порождало и порождает множество концепций, акцентирующих разные аспекты проблемы. Многие из них могут рассматриваться как взаимодополняющие представления, однако ни одна из взятых и не взятых на вооружение психологией и физиологией концепций не базировалась до наших исследований на знании внутримозговой нейродинамики человека, развивающейся при эмоциональных реакциях и состояниях. Если изучение мозгового обеспечения интеллектуально-мнестических процессов в эксперименте на животных просто невозможно, то в отношении мозгового обеспечения эмоций экстраполяция экспериментальных данных на человека правомерна далеко не всегда. Пожалуй, правильнее сказать, что данные о мозговом обеспечении эмоций человека помогают многое понять в далеко не всегда ясных результатах экспериментов на животных.

Уже первые нейрофизиологические исследования больных с вживленными электродами принесли исключительно интересные и ценные материалы, которые позволили показать принципиальное сходство функционирования мозговых систем обеспечения эмоциональной и собственно мыслительной деятельности и выявить их различия. Неразделимая эмоционально-психическая сфера человека может и должна изучаться и с позиций аналитического подхода с нейрофизиологической препаровкой отдельных ее компонент, и – обязательно – с позиций интегративного подхода. Накоплен действительно уникальный материал по мозговой нейродинамике, прямо связанной с обеспечением эмоциональных реакций и состояний. Но, конечно, изучение нейрофизиологического обеспечения эмоций далеко не закончено. Оно, как и работа в области других упомянутых проблем, естественно, должно продолжаться. Было бы опасным и неправомерным считать, что о мозговом обеспечении эмоций получены полные данные. Однако имеющиеся результаты позволяют говорить о качественно новом уровне в изучении этой проблемы.

В теоретическом плане одной из важнейших является далеко не новая, хотя и не решенная до последнего времени, проблема характеристики функционального состояния мозга и зависимости реализации мозговых функций от этого состояния. Эта проблема получила особое звучание с накоплением данных о полифункциональности нейронов и нейронных популяций и о проявлении различных свойств этих образований в прямой зависимости от местного и общего функционального состояния мозга. Хорошо известно, как много сил было потрачено при относительно низком коэффициенте полезного действия на попытку использовать ЭЭГ с целью получения однозначной характеристики функционального состояния мозга. Применение инструментально-математических приемов извлечения информации, требующих в оптимальном варианте полной автоматизации исследований, и сейчас еще также не дает полноценного ответа на поставленный вопрос. Возможности надежного изучения мозаики и динамики функционального состояния мозга появились с применением строго определенных составляющих сверхмедленных физиологических процессов – относительно стабильной составляющей милливольтового диапазона и более слабых по интенсивности и соответственно более динамичных составляющих (Илюхина, 1977, 1982а, 1986).

Этот подход не только открыл новые возможности теоретического изучения проблемы, но и позволил на основе доступных методических приемов уже сейчас обеспечивать целый ряд запросов практики. Полиметодический подход к изучению мозга создал предпосылки не только к познанию физиологических закономерностей здорового и больного мозга. Он позволил накопить материал, во многом еще не полностью проанализированный и обобщенный, о соотношении и взаимозависимости различных физиологических процессов в головном мозгу, создал новые возможности для проникновения в физиологическую природу регистрируемых электрических и неэлектрических процессов. Как видно из приведенного, далеко не полного, перечня направлений физиологии мозга человека, их развитие должно и может служить разработке указанных выше важнейших вопросов теоретической физиологии мозга. Но не только теории.

Накопление фактов в области динамики длительно текущих патологических процессов позволило выдвинуть концепцию о роли устойчивого патологического состояния и реакций, его поддерживающих, в патогенезе длительно текущих заболеваний мозга, раскрывающую некоторые особенности его физиологии. На основе этой концепции предложены новые методы и приемы лечения заболеваний мозга, открылись научно обоснованные возможности использования не только резервов, но и защитных сил мозга.