Мы сделали сенсоры и вставили их в трехдюймовые присоски, которые крепятся к голове косатки для записи мозговых волн. Дрессировщики океанариума приучили косаток неподвижно держаться у края бассейна, пока мы закрепляли присоски. У косаток нет ушной раковины или наружного уха. Они воспринимают звуки под водой через челюсть. Поэтому мы проигрывали им звуки под водой при помощи специального устройства с уместным названием гидрофон.
Исследование было сопряжено с большими техническими трудностями, но через два года разработок и доработок, испытаний и проверок мы разобрались, как надо записывать мозговые реакции косаток на звуки. Мы воспользовались тем, что мозг автоматически реагирует на звуки, если они на различаемых им частотах. Это называется акустический стволовой вызванный потенциал (АСВП), он очень короткий, длится всего семь миллисекунд. Фактически это последовательность реакции первых семи нейронных ядер слухового пути, по мере того как мозг распознает звук. То есть, когда мы регистрировали АСВП, это значило, что косатки различают звук такой частоты. И наоборот, если мы не видели АСВП, это значило, что киты на такой частоте звуков не слышат. Эта техника обычно используется для диагностики проблем со слухом у детей, повреждений при травмах мозга или для оценки потери слуха, например из-за частого посещения рок-концертов.
Мы обнаружили, что косатки могут воспринимать частоты в десять раз выше, чем может слышать человек. Также они слышат звук на гораздо более низких частотах. Благодаря этой работе флот США изменил программу своих океанских экспериментов. Исследования ВМФ были скорректированы таким образом, чтобы шумы, производимые в ходе экспериментов, не вмешивались в оптимальные частоты, воспринимаемые косатками. Запись мозговой активности двух косаток океанариума по кличке Яка и Вигга опубликовал престижный журнал
{40}. Даже двадцать лет спустя они по-прежнему остаются самыми крупными животными, у которых записаны волны мозга. Мы с Майклом очень горды проделанной работой, как и тем, что благодаря ей были предприняты усилия по защите слуха и акустического сообщения между косатками.
Мои занятия ССВП у косаток также познакомили меня с различными парадигмами исследования здоровых мозговых волн у животных и людей. У меня было любимое задание для записи ССВП, к тому же одно из самых легких. Это так называемая oddball
[2]. Участникам исследования предъявляют серию звуков разного тона. У большинства звуков одинаковая высота (стандартные стимулы), но иногда она выше (девиантный стимул). Испытуемый должен как можно быстрее нажать кнопку, услышав более высокий звук, но только этот звук и никакой другой. Иногда мы включаем какие-нибудь забавные произвольные звуки, просто чтобы слегка запутать. Ими мы проверяем реакцию мозга на новый стимул.
Oddball-тест существует уже больше полувека. Оказывается, что девиантные стимулы вызывают очень активную и впечатляющую реакцию мозга. Самый заметный компонент называется Р300 (третий положительный пик после предъявления девиантного стимула). Р300 – чрезвычайно комплексная волна; я много лет посещал ежегодные конференции, на которых ученые обсуждали исключительно что они думают о значении этого компонента. С момента открытия компонента Р300 в 1965 году
{41} о нем опубликованы тысячи научных трудов.
Почему же он так интересен? Компонент Р300 очень удобен для клинических исследований. Большинство видов психических болезней показывают аномалии в Р300. При шизофрении у Р300 уменьшенная амплитуда и небольшое запаздывание, которые заметнее всего в левой височной доле мозга. При глубокой депрессии у Р300 уменьшенная амплитуда в лобных долях мозга. То есть вариации амплитуды (высоты), латентности (продолжительности) и топографии (формы) компонента Р300 могут помочь обнаружить процессы, характерные для психических заболеваний.
После стольких научных конференций и публикаций удалось ли нам понять, что означает Р300? Я склоняюсь к тому мнению, что Р300 – это своеобразный зонд, проверяющий работу мозга; если в Р300 отклонения, это значит, что с мозгом что-то не так.
На эти нестандартные стимулы мозг, как правило, реагирует автоматически, даже рефлекторно. Происходит процесс автоматического ориентирования. Мозг как бы говорит: «А, вот это важный стимул. Дайте-ка я его как следует обработаю». Я приведу вам свой любимый пример, чтобы пояснить, что я имею в виду.
Однажды летом мы с коллегой по изучению косаток Майклом Шимански пошли в поход по пешей тропе через Тихоокеанский гребень в Калифорнии. Мы находились чуть южнее Йосемитского заповедника. Мы пробыли там больше недели и хотели уже заканчивать и выйти у заповедника Кингс-Каньон где-то в шестнадцати километрах оттуда. С нами были две мои черные немецкие овчарки Анди (в честь Андских гор) и Алая (в честь Гималайских). Мы с Анди шли впереди, Алая за мной, а Майкл замыкал нашу группу. Вдруг мы с Анди услышали странный шум, доносившийся откуда-то с тропы перед нами. Такое ощущение, что птица билась под камнем. Анди навострила уши, а я вдруг подумал, что наш мозг только что отреагировал на новый стимул волной Р300.
Анди побежала вперед, к камню, откуда доносился звук. Когда она была уже в шаге от него, она замерла и резко отпрыгнула вверх и назад. У нее на рюкзачке висела маленькая гремучая змея. Я тут же сбросил змею с Анди своей палкой, и мы увидели, как она уползает вниз по холму. Мы только посмотрели друг на друга. Из-за змеи у всех нас были огромные Р300, но все мы были в норме. Оказалось, что хвост у нее еще не полностью сформировался, и поэтому мы не узнали хорошо знакомый нам характерный звук змеиной погремушки.
Примерно через полкилометра мы опять услышали тот же звук. Однако на этот раз мозг уже был к нему готов. Все мы, люди и собаки, тут же отскочили от дороги. Снова Р300.
Можно перенести этот опыт в лабораторию: просто попросить участников нажимать кнопку в ответ на слуховые стимулы, которые мы считаем важными или необычными. Необычный символ вызывает заметный компонент Р300.
Почему мозг реагирует подобным образом? Дело в том, что он приспособлен к тому, чтобы быстро реагировать на важные стимулы в окружении. Если бы мозг не позволял нам быстро учиться, то эта змея могла бы убить нас с Анди, и наши гниющие трупы лежали бы у туристической тропы в заповеднике Кингс-Каньон.
Ученые считают, что мозг рефлекторно реагирует каждый раз при предъявлении потенциально важного стимула. Задействуя этот мозговой рефлекс, мы готовимся к обработке важных стимулов и адаптации к ним. В этом и есть суть Р300.
Моя лаборатория показала, что oddball-тест задействует более тридцати пяти областей мозга. Синхронная активность этих тридцати пяти с лишним областей отражается в волнах, которые мы фиксируем в виде Р300. Любые аномалии в тридцати пяти областях мозга, отвечающих за Р300, приводят к изменениям в амплитуде, латентности или топографии компонента. Когда мы видим, что психическое расстройство связано с какими-то изменениями Р300, мы должны выяснить, какие области мозга вызывают аномалию. Таким образом, Р300 может служить индикатором того, что неправильно работает в этих примерно тридцати пяти областях мозга
{42}.
