Окей, мозг, где я? Как работает наша внутренняя система навигации, зачем нужны воспоминания и почему иногда они стираются

Унни Эйкесет, 2018

Задумывались ли вы, откуда ваш мозг знает, где вы находитесь? Почему ваши воспоминания связаны с местами? На эти и многие другие вопросы даны ответы в этой книге. Это история сенсационного открытия нейронов, которые помогают нам как внутренняя система GPS. Книга перенесет вас в лабораторию ученых Мей-Бритт и Эдварда Мозера и позволит познакомиться с работой многих исследователей, которые показали, как определенные невероятные клетки помогают крысам и людям найти свой путь. Это увлекательное научное достижение, которое произвело революцию в нашем понимании мозга и принесло ученым Нобелевскую премию по медицине и физиологии. В формате PDF A4 сохранён издательский дизайн.

Гиппокамп

Уже первые исследователи мозга обратили внимание на структуру под названием гиппокамп, которая располагается в височной доле, в нескольких сантиметрах вглубь от височной кости. Во-первых, бросается в глаза форма этой структуры — гиппокамп напоминает морского конька, на латыни Hippocampus. Впервые это название употребил итальянский анатом Джулио Аранци в 1564 году. А еще раньше эту часть мозга называли cornu ammonis, то есть Аммонов рог — по имени египетского бога Аммона^[7], которого изображали с изогнутыми рогами. Интерес к гиппокампу подогревался тем, что его находили в мозге всех млекопитающих — от самых примитивных до наиболее высокоразвитых. Это говорило о том, что гиппокамп выполняет какую-то очень важную, ключевую функцию.

Когда в конце XIX века ученые начали проводить эксперименты с окрашиванием тонких срезов мозга, то заметили, что нейроны и синапсы гиппокампа очень упорядочены и, можно сказать, красивы. Сначала идет слой клеток определенного типа, чьи отростки тянутся к еще одному слою клеток, а потом и к третьему. Эти три слоя получили название dentate gyrus, то есть зубчатая извилина, содержащая поля CA1 и CA3. Аббревиатура CA расшифровывается как cornu ammonis — так первоначально называли весь гиппокамп. Окрашивание нейронов показало, что гиппокамп имеет очень отчетливую структуру и обладает обширными связями с другими отделами мозга. Очевидно, это очень важно, но что именно это означало?

В 1953 году у ученых появились первые догадки.

В августе того же года один молодой мужчина оказался на операционном столе в американской клинике. Звали его Генри Густав Молисон, и нейробиологи всего мира знают его как «пациента HM»^[8]. В возрасте 10 лет он начал страдать от эпилептических припадков. Болезнь могла спровоцировать незначительная травма головы, полученная им ранее при столкновении с велосипедистом, в результате которого он на пять минут потерял сознание. Но с тем же успехом недуг мог оказаться наследственным: некоторые родственники по отцовской линии тоже страдали от эпилепсии.

Когда Генри исполнилось 16 лет, у него стали случаться сильные припадки. Он мог упасть в обморок, обмочиться, прикусить язык, страдал от сильных судорог в руках и ногах. Несмотря на это, ему удалось окончить школу и устроиться на работу в автомастерской, а также на фабрику по изготовлению печатных машинок. Чтобы смягчить припадки, Генри принимал большие дозы противосудорожных препаратов, но вскоре пришлось бросить работу, а к 27 годам ситуация усугубилась настолько, что он и его родители были готовы на хирургическое вмешательство.

Многим пациентам с эпилепсией помогало удаление небольших областей мозга, в которых локализовались очаги эпилепсии. В случае Генри Молисона, однако, врачам не удалось достаточно точно установить область, подлежащую резекции, даже после целого ряда тестов с закрепленными на голове электродами. Поэтому нейрохирург Уильям Бикер Сковилл предложил экспериментальную операцию, которая ранее применялась только у пациентов, страдавших серьезными психическими заболеваниями, к примеру шизофренией. Он предложил удалить фрагменты медиальных височных отделов обоих полушарий мозга. У значительной части пациентов очаги эпилепсии локализовались именно там, поэтому предполагалось, что операция даст Генри шанс на лучшую жизнь.

Конечно, в результате пациент лишался обоих гиппокампов, но на тот момент не было оснований предполагать, что без них ему не обойтись. О функциях гиппокампа было известно еще очень мало. Один британский исследователь описал всю сумму знаний о гиппокампе следующими словами: «Самое поразительное в гиппокампе — анатомическая элегантность его структуры, подробно изученная в последние годы. Это разительно контрастирует с тем, как мало мы понимаем о назначении этой элегантности»^[9].

Впрочем, кое-какие предположения имелись. В 1888 году два физиолога, работавшие в Лондонском университете, Браун и Шэфер, предприняли попытку определить функции различных фрагментов височной доли с помощью экспериментов над бенгальскими макаками. Одной из обезьян, крупной и активной, они полностью удалили обе височные доли, включая и гиппокамп. В результате резекции сенсорные способности обезьяны, судя по всему, не пострадали, однако исследователи обратили внимание на одну необычную деталь. Обезьяна очень внимательно рассматривала различные предметы, других обезьян, а также людей, даже если видела их всего несколько минут назад, «как будто напрочь забывала о своих недавних экспериментах»^[10]. А в 1890 году Бехтерев описал пациента, имевшего значительные проблемы с памятью. После смерти пациента было проведено вскрытие, выявившее повреждения мозговой ткани в области височных долей, в том числе и в гиппокампе^[11]. Однако тогда описанные случаи не получили широкой огласки в научных кругах, и о них знали очень и очень немногие психологи и нейрохирурги.

Во вторник, 25 августа 1953 года, Генри Молисон в полном сознании лежал на операционном столе и беседовал со Сковиллом и вспомогательным медицинским персоналом, собравшимся вокруг него^[12]. Ему сделали местную анестезию на область лба, где хирург наметил точку входа. В самом мозге болевых рецепторов нет, поэтому полный наркоз не требовался. Как только местный наркоз подействовал, доктор Сковилл сделал надрез вдоль морщины на лбу Молисона и оттянул кожу в сторону, открывая кость. Затем Сковилл пробурил в черепе прямо над бровью два отверстия и удалил круглые кусочки кости, обнажив мозг.

Теперь настало время для последней попытки выяснить, где локализуются эпилептические припадки пациента. Хирург разместил электроды прямо на мозговой ткани, однако и в этот раз ему не удалось выяснить, где «живет» недуг. Поэтому Сковилл продолжил запланированную обширную резекцию. Он разрезал твердую мозговую оболочку, и под ней показался сам мозг, пульсировавший в такт дыханию и биению сердца пациента. Сковилл ввел сквозь одно из отверстий длинный нейрохирургический шпатель и приподнял лобную долю. Одновременно весь остальной мозг слегка опустился в полости черепа, открыв дополнительное пространство для маневра. Ему была видна передняя часть гиппокампа. Сковилл ввел в отверстие еще один инструмент, с помощью которого стал отсасывать фрагменты мягкой мозговой ткани. Кусочек за кусочком он удалил примерно половину гиппокампа и прилегающие к нему области коры. Затем он повторил те же действия с другой стороны.

Вскоре после операции стало очевидно, что она произвела совершенно неожиданное и крайне нежелательное воздействие на молодого пациента. Генри Молисон перестал узнавать медицинский персонал, не мог самостоятельно отыскать дорогу в туалет и, похоже, не помнил ничего из происходившего с ним в больнице. Сохранились, по всей видимости, только детские воспоминания. Все остальное он проживал как в первый раз.

Этот поразительный эффект убедил многих ученых в том, что гиппокамп играет важную роль в функционировании человеческой памяти^[13]. Тем не менее случай Генри Молисона не стал решающим доказательством, в частности из-за того, что, помимо самого гиппокампа, ему удалили и другие области височной доли — фрагменты коры больших полушарий вокруг него и миндалевидное тело. А следовательно, за неспособность Молисона формировать новые воспоминания могла отвечать любая из удаленных областей.

После той операции по всему миру прокатилась волна интереса к исследованиям гиппокампа. И поскольку ставить эксперименты над людьми было невозможно, ученые искали способы изучать память животных. Но как узнать, что животное что-то помнит, если оно не может об этом рассказать? Оказалось, что идеальным материалом для исследования роли гиппокампа в обучении и памяти является естественная способность крыс ориентироваться в лабиринте. Хоть крысы и не могли рассказать ученым, что они запомнили, можно было легко и просто выяснить это, отмечая время, за которое грызуны добирались до определенного места в лабиринте.

Тем не менее психологам было еще очень далеко до понимания, какие процессы происходят в человеческом мозге, когда образуются новые воспоминания или когда человек усваивает новые знания. Вся надежда была на то, что удастся поймать мозг млекопитающего «с поличным» и зафиксировать физическую активность нейронов в момент обучения.

Примечания

7

В написании латиницей встречается как Amon, так и Ammon — Прим. науч. ред.

8

По его инициалам в оригинальном написании имени — Henry Gustav Molaison.

9

Судя по всему, автором цитаты является Ларри Вайскранц. Сама цитата была напечатана в обзорной статье Альфа Бродаля о гиппокампе. Цит. по: Crompton, Alistair, «Hippocampus and the Sense of Smell. A Review, by Alf Brodal». Brain 2010: 133, 2509–2513. В оригинале Вайскранц сформулировал свою мысль так: «The striking aspect of the hippocampus is the anatomical elegance of its structure, revealed in detail in the past few years. In contrast there is really appalling ignorance about what this elegance means».

10

Brown & Schäfer, 1888.

11

Victor, 1961.

12

Corkin, 2013, p. 19–33.

13

Squire, 2011.