Магнитные чувства: в чем можно убедить мозг с помощью пары электродов

Учёным удалось прямой стимуляцией нервных клеток в мозгу вызвать у людей чувство «стойкости перед лицом беды». Николай Кукушкин рассказывает, в чём можно сегодня убедить мозг при помощи пары электродов.

Учёные из Стэнфордского университета опубликовали в авторитетном журнале Neuron исследование, в котором доказывается связь определённого участка мозга – передней среднепоясной коры – с комплексной реакцией организма на надвигающиеся неприятности. Результаты работы важны для понимания строения и работы мозга. Но, помимо этого, исследование интересно самой сутью поставленного эксперимента. Точно направленный сигнал от имплантированного в мозг электрода «из ниоткуда» вызывал у испытуемых ощущение неотвратимой беды и одновременно решительное желание эту беду преодолеть.

«Имплантация памяти» и «промывка мозгов» – излюбленные темы в научной фантастике. От «Джонни-мнемоника» до «Начала», с приходом персональных компьютеров в повседневную жизнь человечество не переставало интересоваться вопросом: можно ли стереть границу между мозгом и машиной?

На самом деле вопрос может затрагивать темы ещё более запутанные, чем память. Насколько сложные функции человеческой нервной деятельности можно воспроизвести в лабораторных условиях? Где проходит граница между активностью нервных клеток и самыми глубокими личностными качествами, комплексными эмоциями, мироощущением – в общем, тем, что за пределами современной науки называют «душой»? И есть ли такая граница вообще? Иными словами, можно ли «поймать» душу между двух электродов?

О пользе «метода тыка» в исследованиях мозга

Сказать, что манипуляция эмоций и сознания электрическими импульсами – малоизученная область, это ничего не сказать. Трансчерепная магнитная или электрическая стимуляция (то есть осуществляемая без вскрытия черепа), в принципе,  позволяет воздействовать на те или иные участки мозга без особых медицинских затруднений. Однако разрешение этого метода слишком низкое, чтобы работать с такими тонкими материями, как конкретные чувства или мысли.

Чтобы простимулировать нервные клетки с нужной долей точности, нужно довольно глубоко «влезть» в мозг – понятно, что просто ради исследовательского интереса это делать никто не будет. Поэтому имеющиеся в нашем распоряжении «карты мозга» в основном – побочные результаты терапевтического и диагностического применения внутримозговой электростимуляции.

Например, этот подход довольно успешно используется для терапии болезни Паркинсона, семейного (эссенциального) тремора и дистонии. Проводятся испытания эффективности метода и для лечения тяжёлой депрессии, не поддающейся медикаментозному лечению. С другой стороны, электростимуляция коры незаменима при операциях на мозге – она позволяет хирургам точно различить участки мозга между собой.

Таким «методом тыка» были определены участки мозга, отвечающие, например, за управление разными группами мышц – эти сравнительно простые сигналы не так сложно проследить. В грубой форме карта моторной коры (то есть части мозга, отвечающей за движения мышц) была получена ещё в XIX веке. Эти данные нужны, среди прочего, для разработки бионических протезов, которые будут анализировать сигналы напрямую от мозга. Потенциально это даст возможность двигаться даже полностью парализованным пациентам.

Есть данные, касающиеся электрической стимуляции и более сложных функций мозга. Например, в 2010-м году было опубликовано исследование, авторы которого стимулировали у испытуемых зону Брока – один из участков коры, связанных с речью и языком.

Выяснилось, что такое воздействие значительно повышает способность к обучению грамматике и синтаксическим связям. Для изучения подобных процессов используется искусственная грамматика: набор правил, напоминающих языковые, но не имеющий отношения к реально существующим языкам. Кстати, описанное исследование было выполнено при помощи трансчерепной стимуляции: в некоторых случаях и её оказывается достаточно.

Хорошо известно, что стимуляция участков затылочной коры приводит к возникновению у пациентов визуальных образов – цветов, вспышек света разной формы, а иногда и более сложных иллюзий. Имеющаяся информация активно изучается разработчиками глазных протезов. Уже сегодняшние технологии позволяют с помощью искусственных имплантов если не вернуть слепым зрение полностью, то по крайней мере помочь в распознавании движения и положения объектов в пространстве.

Разряд перед боем

Открытие стэнфордских учёных – пожалуй, первый случай, когда настолько сложная и конкретная эмоциональная реакция была вызвана у человека электрическим разрядом. Этот результат был, в общем, случайным – мы пока не умеем с высокой точностью предсказывать связь между отдельными группами нервных клеток и эмоционально-чувственным результатом их деятельности.

Добровольно на вскрытие черепа и имплантацию электродов вряд ли кто-то согласится – а если и удастся найти энтузиаста, исследование едва ли будет одобрено комиссиями по этике. В работе, таким образом, использовались пациенты-эпилептики, которым в переднюю среднепоясную кору уже были имплантированы электроды – это было сделано для поиска очага, вызывающего припадки. В этом методе нет ничего нового – он используется в той или иной форме для диагностики тяжёлых случаев эпилепсии с пятидесятых годов.

Мозговая активность пациентов была сначала проанализирована при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ). Этот метод значительно проще по той же причине, что и трансчерепная стимуляция: для него не нужно вскрывать голову. ЭЭГ анализирует электрические потенциалы на поверхности черепа – это позволяет только очень грубо оценить активность и локализацию очагов эпилепсии. У пациентов, отобранных для исследования, эти очаги располагались в височных долях коры.

Чтобы подтвердить и уточнить данные ЭЭГ, стимулирующие электроды были введены уже напрямую в мозг. Помимо предполагаемого очага в височных долях, учёные поместили их в другие точки мозга, чтобы исключить их влияние на эпилепсию. Среди этих дополнительных точек была передняя среднепоясная кора – участок, расположенный глубоко между двумя полушариями мозга с лобной стороны.

Внезапно оказалось, что стимуляция отдельных групп нервных клеток в составе среднепоясной коры приводит к неожиданной и чётко определённой реакции пациентов. Эта реакция была как эмоциональной, так и физической. У испытуемых учащалось сердцебиение, они чувствовали «прилив крови» в груди и в шее. Их охватывало ощущение неминуемо надвигающихся трудностей – «предчувствие», по описанию авторов исследования. Однако в то же время они оставались полными решимости и мотивации побороть любые неприятности.

Один из испытуемых так описал свои ощущения: по его словам, они напоминали чувства водителя, который оказался с полуспущенной шиной возле шторма в паре километров впереди. Он осознаёт, что повернуть назад не может и должен двигаться вперёд, прямо в бурю, но он полон решимости это сделать. На вопрос исследователей, позитивно или негативно воспринимаются эти ощущения, пациент ответил, что скорее позитивно – свои основные эмоции он описал примерно как «поднажать сильнее, собраться и победить».

Другой пациент описал свои эмоции как «сильное волнение», но уточнил в очень поэтических выражениях: «Если я перестану бороться, то я сдамся. Я не могу сдаваться. Если я сдамся, то… вы понимаете». Авторы исследования не случайно процитировали Шекспира (по-научному оформив ссылку как Shakespeare, 1603) во введении статьи: «Что лучше для души – терпеть пращи и стрелы яростного рока или, на море бедствий ополчившись, покончить с ними?» (пер. В. Набокова).

Учёные проконтролировали результат своеобразным плацебо – «ложной» стимуляцией, когда пациенту говорили, что импульс отправлен в нужную точку, но на самом деле сила тока была нулевой или очень низкой. Ничего похожего на эффекты от «настоящей» стимуляции в этом случае не наблюдалось.

Что дальше?

Какими бы впечатляющими ни были результаты, полученные учёными из Стэнфорда, научное сообщество вряд ли бросится вскрывать черепа с целью изучения эмоций. Прямая электрическая стимуляция – слишком сложный и грубый метод, чтобы его можно было использовать для систематического изучения сложных нервных процессов.

Однако сама возможность «локализовать» сложное эмоциональное состояние в конкретной мозговой структуре говорит о многом. Возможно, в дальнейшем нам удастся создать новые, более точные и менее инвазивные методы, позволяющие обнаруживать корреляцию между мозговыми процессами и структурами в мозгу вплоть до отдельных нервных клеток и контактов между ними. В перспективе это может сделать психиатрию и даже психологию куда более точными науками, чем они есть сейчас.

Такие новые методы уже разрабатываются на животных, хотя пока они всё равно связаны с имплантацией тех или иных структур в мозг. В июле учёными из Массачусетского технологического института была опубликована умопомрачительная работа, в которой мышам «вживляли» искусственное воспоминание с помощью оптоволокна в гиппокампе.

Исследователям удалось сначала определить цепочку нейронов, связанных с определённым воспоминанием (цветом комнаты, где мышь били током). Следом они научились искусственно активировать это неприятное воспоминание, используя световые импульсы, передаваемые по оптоволокну в мозг. Наконец, активируя это воспоминание в другой, «безопасной» комнате, учёным удалось «убедить» мышь, что током её били именно здесь. В таком виде мышь и сохраняла воспоминание.

Не исключено, что в будущем подобные методы будут использоваться, например, для реабилитации пациентов, страдающих посттравматическим стрессовым расстройством. Ну или, скажем, для сокрытия тайными организациями правды о пришельцах – об этом и многих других применениях искусственного воздействия на мозг вам расскажет Голливуд.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции