Возможно, именно благодаря этой уверенности Фрич и Гитциг игнорировали препятствия, из-за которых многие другие ученые на их месте просто из удобства (или благоразумия) изменили бы гипотезу. Опыты Фрича и Гитцига заключались в том, чтобы проводить электростимуляцию открытых зон мозга живых собак, а также удалять части их церебральной коры. Проводи эти опыты любой другой ученый, ему потребовалась бы большая лаборатория и операционный стол с надежными ремнями. Ни Фрич, ни Гитциг не могли позволить себе подобного. Тогда Гитциг предложил использовать пустую спальню в собственном доме, и – как ни странно – Фрич согласился с тем, что это замечательная мысль.
Опыты Фрича и Гитцига вызывают в воображении жуткую картину. Эта картина становится лишь мрачнее от мысли, что большую часть операций они проводили на туалетном столике пустой спальни, а не в стерильной лаборатории. Первым делом Фрич и Гитциг удаляли собакам часть черепа – кому целую половину, кому лишь часть над лобной долей. Далее, они использовали легкие удары током – силу которого настраивали на основе чувствительности своих же языков, – чтобы возбуждать нейроны в различных участках мозга (не забывайте: пусть это и звучит болезненно, действия, направленные на мозговую ткань, не вызывают боли, потому что у мозга нет болевых рецепторов). Когда они стимулировали определенную зону в одном из полушарий мозга, собака невольно дергала противоположной полушарию лапой. А стимуляция близлежащих областей мозга приводила к тому, что собаки двигали шеей. Фрич и Гитциг поняли, что совершили открытие века. Впоследствии они опишут «отдельные двигательные центры» – зоны головного мозга, отвечающие за движение тех или иных частей тела.
Чтобы подтвердить итоги своего исследования, они решили повредить предполагаемые «двигательные зоны» и посмотреть, приведет ли это к нарушению двигательных функций, совсем как повреждение зоны Брока приводило к нарушениям речи. Они взяли пару собак (которым все-таки сделали анестезию) и с помощью все того же электричества определили, какая область отвечает за движение лап. Затем они использовали тупую сторону скальпеля и выскребли соответствующую зону головного мозга собаки.
Точность измерений в их опытах оставляла желать лучшего. Ученые заявили только, что у одной собаки удалили мозговую ткань «размером с небольшую линзу», а у другой – «побольше»2. Однако у обеих собак проявились одинаковые симптомы – разной была лишь степень их проявления. Лапа, противоположная поврежденному полушарию мозга, уже не слушалась собаку как прежде. При ходьбе она уезжала в сторону, из-за чего животное падало. Если собака садилась, то эта лапа не поддерживала ее вес и животное валилось набок.
После повреждения мозга собак не парализовало, но они испытывали очевидные трудности в передвижении. Причем симптомы касались именно тех частей тела, которые до этого невольно двигались из-за электрической стимуляции удаленных впоследствии областей мозга. Фрич и Гитциг нашли то, что искали: они открыли двигательную кору головного мозга.
Двигательная кора головного мозга
Фрич и Гитциг определили, что часть коры собачьего мозга отвечает за движение. Последующие исследования подтвердили, что двигательная кора есть и у людей. Однако нейробиологам понадобилось еще какое-то время, чтобы разобраться в том, как она устроена. Добиться этого им удалось в основном благодаря электростимуляции мозга пациентов с эпилепсией. Пик подобных исследований пришелся на конец XIX – начало XX в.
В конце XIX столетия немецкий нейрохирург Федор Краузе впервые вылечил эпилепсию хирургическим путем. Он использовал легкие удары током, чтобы активировать различные участки открытой коры головного мозга пациента без анестезии и обнаружить область, которая вызывает симптомы, предшествующие припадкам (ауру – изменения в восприятии, которые пациенты с эпилепсией испытывают незадолго до припадка). Найдя соответствующую зону, Краузе удалил расположенную там мозговую ткань. Поскольку этот участок мозга отвечал за симптомы эпилепсии, количество припадков у пациента уменьшилось.
Двигательный гомункулус Пенфилда. Двигательная кора – это крупная серая зона головного мозга. Изображения частей тела наложены на те области двигательной коры, которыми они «управляют». Размеры частей тела соотносятся с размерами зон двигательной коры, которые за них отвечают (например, на руки приходится большая площадь двигательной коры, чем на ноги)
В ходе операции помощник Краузе записывал, что происходит после электростимуляции того или иного участка мозга. Благодаря этому ученый нашел у человека то же, что Фрич и Гитциг обнаружили у собак, – область коры головного мозга, которая при стимуляции приводит тело в движение. Совсем как Фрич и Гитциг, Краузе обнаружил, что стимуляция различных участков коры мозга приводит к движению различных частей тела. Когда он стимулировал один участок, пациент невольно дергал ногой, другой – рукой и т. д.
На основе наблюдений Краузе был сделан вывод, что двигательная кора – своего рода «карта», где каждая область привязана к различным частям тела. Чем сложнее движения части тела, тем больше «территории» ей отведено. Например, за движение рук отвечает крупная область коры мозга, в то время как на пальцы ног выделен совсем маленький участок.
Несколько десятков лет спустя известный нейрохирург Уайлдер Пенфилд уточнил наблюдения Краузе: точно так же стимулируя участки мозга пациентов перед операцией, он создал более подробную карту двигательной (а также остальной) коры головного мозга. Затем Пенфилд заплатил местному художнику, чтобы тот нарисовал, как различные участки двигательной коры (а также сенсорной коры, которую мы рассмотрим позже) связаны с различными частями тела. Получившееся изображение назвали двигательным гомункулусом, или «человечком Пенфилда». Размеры частей тела этого человечка зависят от того, насколько крупные участки коры мозга отвечают за их движение (у него огромные ручищи и маленькие ножки).
Хотя изображение двигательного человечка можно встретить почти в каждой современной книге по введению в нейробиологию, со временем ученые выяснили, что настолько простая схема не передает полной картины. Что, если она связывает области коры мозга не столько с мышцами или частями тела, сколько с определенными движениями – каждое из которых зависит от сокращения целого набора одних мышц и онемения других? По правде говоря, нейробиологи до сих пор спорят о том, как именно читать карты двигательной коры мозга3 (о чем редко говорится в книгах).
Двигательная кора в действии
Еще до подробного обозначения областей двигательной коры были выявлены проводящие пути, которые способствуют тем или иным движениям. Самый крупный из них начинается с клеток двигательной коры, которые направляют аксоны через головной мозг в спинной. Этот путь называют кортико-спинальным трактом из-за его направления (от коры головного мозга к спинному).
