Сейчас мы знаем, как различные части мозга взаимодействуют друг с другом и формируют нервные сети, которые все время соединяются и распадаются. Это значит, что почти невозможно установить прямую связь между конкретной структурой мозга и конкретной функцией. То, что отдельный навык или элемент поведения утрачивается в результате повреждения, не означает, что поврежденная часть мозга единолично контролирует утраченную функцию. К несчастью для нейробиологов (но к счастью для нас, обладателей мозга), не существует аккуратных и однозначных отношений между одним навыком и одной определенной частью мозга.
Чтобы лучше понять, как мозг реализует разное поведение, нам нужно получить доступ к здоровому мозгу и оценить, что в нем происходит в реальном времени, когда его владелец выполняет интересующее нас задание. Деятельность мозга состоит из смеси электрических и химических процессов внутри нервных клеток и между ними. У животных или во время хирургических операций на открытом мозге человека мы можем это наблюдать на уровне отдельной клетки. Но в тех исследованиях когнитивной нейробиологии, о которых мы будем говорить в этой книге, активность клеток измеряется снаружи головы. Как правило, измеряются колебания электрической активности клеток, из которых состоят нервные пути мозга, слабых магнитных полей, связанных с этими электрическими токами, или характеристик кровотока в активной части мозга. Развитие методик, которые улавливают слабые биологические сигналы, стало основой современных систем визуализации работы мозга.
Первый прорыв в измерении активности мозга произошел в 1924 году, когда немецкий психиатр Ханс Бергер придумал прикреплять к черепу маленькие металлические диски. Он обнаружил закономерности в электрической активности, которая изменялась в зависимости от состояния пациента: был ли он расслаблен, сосредоточен или выполнял конкретное задание34. Бергер показал, что сигнал, который он улавливал, имел разные частоты и амплитуды в зависимости от того, из какой части мозга он приходил и чем в это время занимался пациент. Так, альфа-волна становилась наиболее заметной, когда люди бодрствовали и были на чем-то сосредоточены, а медленная и крупная дельта-волна становилась отчетливой, когда пациенты спали. Бергер назвал свое изобретение «электроэнцефалограммой».
В КОНЦЕ XX ВЕКА ЗАЯВЛЕНИЯ О НИЗШЕЙ ПРИРОДЕ ЖЕНЩИН УСТУПИЛИ МЕСТО «КОМПЛЕМЕНТАРНЫМ» ОБЪЯСНЕНИЯМ – ЖЕНЩИНЫ ФУНКЦИОНАЛЬНО ИНЫЕ И НЕ СРАВНИМЫЕ С МУЖЧИНАМИ.
Электроэнцефалография, или ЭЭГ, – это старейшая методика визуализации активности человеческого мозга, и именно она лежит в основе всех базовых знаний о визуализации мозга в принципе. В 1932 году была изобретена многоканальная записывающая машина, и это означало, что выход электродов, закрепленных на различных частях черепа, можно преобразовать в движущиеся пометки на рулоне бумаги и исследовать изменения этих сигналов, связанные, например, со вспышками света или включаемыми звуками35. Эти изменения можно располагать на графиках с миллисекундными временными шкалами, что позволяет довольно точно измерять скорость, с которой происходят события в мозге. Но поскольку электрические сигналы искажаются при прохождении через ткани мозга, мозговые оболочки и кости черепа, ученые не всегда могли получить достоверную картину локализации изменений сигнала.
ЭЭГ оставалась основным источником информации об активности мозга здорового человека до 1970-х годов, когда была разработана позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Этот метод визуализации был основан на одном физическом явлении: когда активность конкретной части мозга увеличивается, кровоток в этой части усиливается. Согласно методике ПЭТ, в кровеносную систему вводят небольшое количество радиоактивного индикатора, который показывает количество глюкозы, поглощенной из крови различными частями мозга. Это и есть показатель величины активности, происходящей в этой области36. ПЭТ стала гораздо более точным методом в отношении локализации активности мозга чем ЭЭГ, но использование радиоактивных изотопов было ограничено из этических соображений; кроме того, их не следовало применять детям и женщинам детородного возраста без необходимости, то есть с целью научных исследований.
Эту проблему решило появление в 1990-х годах функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), которая была во многом похожа на ПЭТ. Повышенная мозговая активность, связанная с увеличением потребления глюкозы, также приводила к усиленному поглощению кислорода тканями. Как и глюкоза, кислород доставляется кровью в соответствующие части мозга и там поглощается по мере необходимости. Когда активность возрастает, уровень кислорода в мозге изменяется. Повышение (или снижение) количества кислорода в крови приводит к изменению ее магнитных свойств. Если вы поместите мозг (конечно, не мозг, а голову владельца) в мощное магнитное поле, то сможете измерить эти реакции, зависимые от уровня кислорода в крови. После обработки полученных параметров результат сканирования превращается в цветовые пятна, наложенные на изображение структур, обычно в форме характерных серых и белых горизонтальных и вертикальных срезов мозга и черепа. В результате появляется некое изображение того, что происходит у нас в голове37.
Предполагалось, что первые исследования головного мозга человека методом фМРТ принесут ошеломляющие открытия и мы узнаем о работе мозга то, о чем раньше только догадывались.
Размер все еще имеет значение
Вы можете подумать, что новейшие технологии подняли уровень старой дискуссии на заоблачный уровень. Больше никаких «лишних 140 грамм» или насмешек над «Homo parietalis» и маленькими углами между лбом и челюстью?
Боюсь, что я вас разочарую. Представление о том, что «размер имеет значение», оставалось столь же незыблемым в исследованиях мозга методами визуализации, как это было во времена измерения шишек и картечи. В мозге женщин по-прежнему находили то, что требовалось. Как заметила Энн Фаусто-Стерлинг, биолог и специалист по гендерным исследованиям, эта дискуссия в конце концов вылилась в «войну за мозолистое тело»38. Я намеренно сказала «война» – один ученый в этой области назвал свою статью «В окопах мозолистого тела»39.
Мозолистое тело представляет собой мост из нервных волокон размером примерно десять сантиметров, расположенный между правым и левым полушариями мозга. Это самое крупное образование из белого вещества в головном мозге, которое содержит соединения из более чем 200 миллионов нервных клеток. На срезах мозга эта структура четко заметна и похожа на бледно-серый вытянутый орех кешью. Мозолистое тело явно выделяется на фоне окружающего его более темного серого вещества40.
В 1982 году американский антрополог Ральф Холлоуэй и его студентка, клеточный биолог Кристин Делакост-Утамсинг, сообщили об открытии половых различий в размере мозолистого тела на основании очень маленькой выборки субъектов исследования – четырнадцати мужчин и пяти женщин41. Это различие касалось не всего мозолистого тела, а только той части, которая локализовалась в задней части мозга. У женщин она оказалась «более луковицеобразной». На самом деле разница не была статистически значимой, хотя проводилось несколько подобных исследований, результаты которых подтвердили исходные данные. В наши дни статья с таким размером выборки и низким уровнем статистической значимости просто не может быть опубликована. Но она серьезно повлияла на исследования половых различий мозга.
