Эрик Кандель
Расстроенная психика. Что рассказывает о нас необычный мозг

Полная версия

Нейровизуализация

До 1970-х клиницисты располагали сильно ограниченным набором инструментов для изучения живого мозга: рентген показывал им костную структуру черепа, но не сам мозг, ангиография отображала кровоснабжение мозга, а пневмоэнцефалография демонстрировала желудочки мозга – заполненные спинномозговой жидкостью полости. Вооруженные этими грубыми радиологическими методами вкупе с аутопсией^[14], исследователи мозга годами изучали страдающих депрессией и шизофренией, но не находили у них никаких повреждений мозга. В 1970-х наконец начали развиваться две группы методов нейровизуализации – структурной и функциональной, – которые революционно расширили наши представления о мозге.

Структурная нейровизуализация отображает анатомию мозга. Компьютерная томография (КТ) совмещает серии рентгеновских снимков, сделанных под разными углами, в послойное изображение мозга. Такие сканы позволяют различать плотность разных структур мозга: пучков аксонов, из которых состоит белое вещество, а также тел и дендритов нейронов, из которых состоит серое вещество – кора головного мозга.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует совершенно другой принцип: она различает структуру по реакции разных тканей на магнитное поле, в котором они оказываются. Полученные изображения дают более детальную информацию, чем компьютерные томограммы. Например, МРТ помогла установить, что у страдающих шизофренией увеличены боковые желудочки мозга, тоньше кора и меньше гиппокамп.

Функциональная нейровизуализация продвинулась еще дальше, включив в анализ и временну́ю шкалу. Она позволяет ученым наблюдать мозговую активность человека, который выполняет какую-то когнитивную задачу: смотрит на предмет искусства, слушает, думает или вспоминает о чем-то. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) основывается на регистрации изменений концентрации кислорода в эритроцитах. Когда какая-то область мозга активизируется, она начинает потреблять больше кислорода, а растущая потребность в кислороде обеспечивается увеличением притока крови в нуждающуюся область. Поэтому с помощью фМРТ ученые могут картировать области мозга, активные при выполнении разных умственных задач.

Фундамент функциональной нейровизуализации заложили исследования Сеймура Кети и его коллег, в 1945 году разработавших первый эффективный способ измерения кровотока в живом мозге. В серии классических опытов они измеряли кровоток в мозге бодрствующих и спящих людей, закладывая тем самым основу для последующих работ по функциональной визуализации. Пионер нейровизуализации Маркус Райкле отметил, что невозможно переоценить влияние исследований Кети на наше понимание кровоснабжения и метаболизма человеческого мозга.

После этого Кети занялся изучением работы нормального и больного мозга. Он обнаружил, что суммарный кровоток мозга не изменяется при удивительно широком диапазоне состояний – от глубокого сна до бодрствования, от занятия арифметикой в уме до психической дезорганизации вследствие шизофрении. Это навело его на мысль, что измерение кровотока во всем мозге не улавливает важные изменения, которые могут происходить в отдельных областях мозга. Тогда он решил найти способы измерения регионального кровотока.

В 1955 году Сеймур Кети, Луис Соколофф, Льюис Роуленд, Уолтер Фрейганг и Уильям Ландау разработали метод визуализации локального кровотока в 28 различных областях мозга кошки⁵. Та же группа ученых совершила важное открытие, обнаружив, что визуальная стимуляция увеличивает приток крови только к элементам зрительной системы, включая зрительную кору – область коры головного мозга, ответственную за обработку зрительной информации. Это стало первым свидетельством того, что изменения кровотока напрямую связаны с активностью и, вероятно, метаболизмом мозга. В 1977 году Соколофф предложил технику измерения региональной метаболической активности и использовал ее, чтобы картировать конкретные функции мозга. Так он обеспечил исследователей альтернативным способом локализации мозговых функций⁶.

Открытие Соколоффа заложило фундамент позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) – методов визуализации, которые дали возможность изучать мыслительную деятельность человека. ПЭТ расширила представления ученых о химии мозговых процессов, позволив им работать с мечеными нейромедиаторами, используемыми разными классами нервных клеток, и их рецепторами на клетках-мишенях.

Методы структурной и функциональной нейровизуализации подарили ученым возможность по-новому взглянуть на мозг. Теперь они видят, какие области мозга – а порой и какие нейронные сети в этих областях – работают неправильно.

Эта информация крайне важна, поскольку сегодня и психические расстройства считаются заболеваниями нейронных сетей.

Животные модели

Животную модель болезни можно конструировать двумя способами. Первый, как мы видели, предполагает выявление у животного генов, эквивалентных человеческим, которые предположительно вовлечены в развитие болезни, а затем – изменение этих генов в животном и наблюдение последствий. Второй способ предполагает внедрение человеческого гена в геном животного и проверку его эффектов – будут ли они такими же, как у человека?

Такие животные модели, как черви, мухи и мыши, крайне важны для изучения болезней мозга. Они показали нам, как устроена нейронная сеть страха, лежащего в основе стресса – важнейшего фактора ряда психических расстройств. Животные модели аутизма позволили наблюдать, как экспрессия человеческих генов, ассоциированных с болезнью, меняет социальное поведение животных в разных ситуациях.

Для моделирования болезней мозга лучше всего подходят мыши. Мышиные модели продемонстрировали, как редкие мутации генов ведут к атипичной активности мозга при аутизме и шизофрении. Более того, генетически модифицированные мыши крайне ценны для изучения когнитивных дефектов при шизофрении. Их можно использовать и для моделирования средовых факторов риска: ученые подвергают мышей в утробе таким рискам, как материнский стресс или активация материнской иммунной системы (так происходит, когда мать подхватывает инфекцию), чтобы установить, как эти факторы влияют на развитие и работу мозга. Животные модели позволяют проводить контролируемые эксперименты, в ходе которых выявляются связи между генами, мозгом, средой и поведением.

Сокращение разрыва между психическими и неврологическими болезнями

Определение биологической основы неврологических болезней значительно обогатило наши представления о нормальной работе мозга – о том, как мозг рождает психику. Мы узнали о речи благодаря афазиям^[15] Брока и Вернике, о памяти – благодаря болезни Альцгеймера, о творчестве – благодаря лобно-височной деменции, о движении – благодаря болезни Паркинсона, а о связи мысли и действия – благодаря травмам спинного мозга.

Исследования показывают, что некоторые болезни с разными симптомами развиваются одинаково: у них единый молекулярный механизм. Например, болезнь Альцгеймера, в основном поражающая память, болезнь Паркинсона, в основном поражающая двигательную систему, и болезнь Хантингтона, поражающая двигательную систему, регуляцию настроения и когнитивные функции, предположительно развиваются из-за неправильного фолдинга белков^[16], о чем мы поговорим в следующих главах. Симптомы этих болезней сильно различаются, поскольку связаны с неправильным фолдингом разных белков в разных областях мозга. Несомненно, мы выявим общие механизмы развития и у других болезней.

Предполагается, что все психические заболевания развиваются, когда определенные участки нейронной схемы мозга – отдельные нейроны и цепи, в состав которых они входят, – гиперактивны, неактивны или неспособны к эффективной коммуникации. Мы не знаем, обусловлены ли эти функциональные нарушения микроскопическими травмами, которые мы не видим при изучении мозга, критическими изменениями синаптических связей или некорректным формированием нейронной “проводки” в ходе развития мозга. Однако мы знаем, что все психические нарушения возникают в результате специфических изменений работы нейронов и синапсов, а также что психотерапия действует – в пределах своих возможностей – на мозговые функции, вызывая физические изменения мозга.

Таким образом, теперь нам ясно, что психические расстройства, как и неврологические, развиваются из-за аномалий мозга.

Так чем же психические заболевания отличаются от неврологических? Сейчас самым очевидным различием считают симптомы. Неврологические болезни, как правило, выражаются в нетипичном поведении или фрагментации поведения: для них характерны, например, необычные движения головы или рук или вообще потеря двигательного контроля. Серьезные психические расстройства, напротив, часто характеризуются утрированием обычного поведения. Мы все время от времени бываем подавлены, но при депрессии это чувство многократно усиливается. Мы все испытываем эйфорию, когда дела идут хорошо, но в маниакальной фазе биполярного расстройства это чувство обостряется до предела. Нормальный страх и жажда удовольствий могут перерастать в тяжелые тревожные состояния и зависимости. Да даже некоторые шизофренические галлюцинации и бредовые идеи напоминают происходящее в обычных снах.

Как неврологические, так и психические болезни могут ограничивать функции мозга. Например, болезнь Паркинсона приводит к потере контроля над движением, болезнь Альцгеймера – к потере памяти, аутизм – к потере способности обрабатывать социальные сигналы, а шизофрения – к ограничению когнитивных способностей.

Второе очевидное различие – степень физических повреждений мозга, а точнее – сложность обнаружения этих повреждений. Как мы узнали, повреждения от неврологических болезней часто отчетливо видны при вскрытии или структурной визуализации мозга. Повреждения от психических расстройств обычно не столь очевидны, однако по мере повышения разрешающей способности нейровизуализации мы начинаем замечать и такие изменения. Например, как уже упоминалось, мы выявили три структурных изменения в мозге шизофреников: расширенные желудочки, более тонкую кору и уменьшенный гиппокамп. Благодаря успехам функциональной нейровизуализации мы уже можем отслеживать изменения активности мозга, характерные для депрессии и других психических расстройств. А поскольку появились методы выявления даже минимальных повреждений нервных клеток, мы должны в конце концов научиться находить такие повреждения в мозге людей с любым заболеванием психики.

Ну и третье явное различие – локализация. Поскольку неврология традиционно делала упор на анатомию, мы знаем гораздо больше о нейронных сетях неврологических болезней, чем психических. Кроме того, нейронные сети психических расстройств сложнее, чем неврологических. Ученые лишь недавно приступили к изучению областей мозга, участвующих в мышлении, планировании и мотивировании – психических процессах, которые нарушаются при шизофрении и эмоционально-настроенческих расстройствах вроде депрессии.

По крайней мере некоторые психические болезни, судя по всему, не сопряжены со стабильными структурными изменениями мозга, а следовательно, с большей вероятностью обратимы, чем болезни, обусловленные очевидным физическим повреждением. Например, ученые обнаружили, что повышенная активность одной из областей мозга угасает при успешном лечении депрессии. Более того, новые виды терапии могут постепенно устранять даже физические повреждения, связанные с неврологическими болезнями, как это уже происходит у некоторых страдающих рассеянным склерозом.

По мере углубления исследований мозга и психики все менее вероятным кажется существование глубоких различий между неврологическими и психическими заболеваниями. Узнавая их все лучше, мы наверняка будем находить все больше сходств. Размывание границы между двумя группами болезней поспособствует утверждению нового, научного гуманизма, который позволит нам осознать, что наши личные переживания и поведение определяются взаимодействием генов и окружающей среды, формирующим наш мозг.

Глава 2
Наша глубоко социальная природа: расстройства аутистического спектра

По природе своей мы существа глубоко социальные. Успешной адаптацией к окружающему миру в ходе эволюции мы во многом обязаны способности формировать социальные сети. Мы больше прочих видов нуждаемся друг в друге для решения задач выживания, а потому не можем нормально развиваться в изоляции. Дети наделены врожденной готовностью анализировать мир, где им предстоит жить взрослыми, но необходимые для этого навыки, такие как речь, они перенимают исключительно от других людей. Сенсорная или социальная депривация^[17] на ранних этапах жизни может нарушать структуру мозга. Так же и в старости: здоровье мозга поддерживается именно социальным взаимодействием.

Мы многое узнали о природе и роли “социального мозга” – процессов и областей мозга, отвечающих за взаимодействие с другими людьми, – изучая аутизм, сложное расстройство, при котором социальный мозг не развивается должным образом. Аутизм проявляется в ключевой период развития – до достижения ребенком трехлетнего возраста. Поскольку аутичные дети не способны спонтанно приобрести социальные и коммуникативные навыки, они замыкаются в себе и не взаимодействуют с окружающими.

Аутизм объединяет целый спектр расстройств разной степени тяжести, которые характеризуются трудностями во взаимодействии с другими людьми. Аутистам сложно вступать в социальные контакты – как вербальные, так и невербальные, – а их интересы ограничены. От таких коммуникативных барьеров сильно страдает социальное поведение.

В этой главе мы разберем, что же аутизм поведал нам о социальном мозге, включая способность считывать психические и эмоциональные состояния окружающих. Речь, в частности, пойдет о том, какой вклад в понимание аутизма внесла когнитивная психология и какие знания о нейронной сети социального мозга мы почерпнули из исследований аутизма. Ученым только предстоит выяснить причины аутизма, но, судя по всему, главными виновниками окажутся гены. Недавние прорывы в генетике показали, как мутации определенных генов нарушают ключевые биологические процессы в ходе развития, приводя к возникновению расстройств аутистического спектра. Наконец, здесь же мы скажем несколько слов о том, что удалось извлечь из исследований социального поведения животных.

Аутизм и социальный мозг

В 1978 году сотрудники Пенсильванского университета Дэвид Примэк и Гай Вудрафф, изучавшие поведение шимпанзе, выдвинули гипотезу, что каждый человек обладает теорией психики^[18], то есть приписывает себе и другим какие-то психические состояния⁷. Каждый из нас наделен способностью понимать, что другие обладают своей психикой, своими убеждениями, стремлениями, желаниями и намерениями. Это естественное понимание отличается от умения разделять эмоции. Маленький ребенок улыбнется в ответ на вашу улыбку и нахмурится, если нахмуритесь вы. Однако умение понять, что человек, на которого вы смотрите, может думать вовсе не о том, о чем думаете вы, приобретается несколько позднее, в норме годам к трем-четырем.

Способность приписывать другим людям психические состояния позволяет нам прогнозировать их поведение, а это ключевой навык для социального обучения и взаимодействия. Например, когда мы с вами разговариваем, я понимаю, к чему вы клоните, а вы понимаете, к чему клоню я. Если вы шутите, я не стану интерпретировать ваши слова буквально и буду ожидать от вас другого поведения, чем если бы мне показалось, что вы говорите серьезно. В 1985 году Ута Фрит, Саймон Барон-Коэн и Алан Лесли из Лондонского университетского колледжа применили концепцию теории психики к страдающим аутизмом⁸. Фрит (рис. 2.1) описывает, как родилась эта идея:

Как работает психика? Что мы имеем в виду, говоря, что психика порождается мозгом? Подобные вопросы ужасно заинтересовали меня еще в студенческие годы, когда я занялась экспериментальной психологией. Самым очевидным способом получить ответы были патологические исследования, поэтому я пошла учиться клинической психологии в Институт психиатрии в Лондоне. Здесь я впервые встретилась с аутичными детьми. Они были удивительными. Я захотела понять, что заставляет их так странно вести себя с другими людьми и делает их такими отстраненными от повседневного общения, которое мы воспринимаем как должное. И я все еще хочу это понять! Потому что и целой жизни мало, чтобы докопаться до разгадки аутизма…

Я хотела узнать, почему аутистов так сложно втянуть в разговор, даже если с речью у них всё в порядке. В то время как раз шла разработка концепции “теории психики”, где объединялись знания по поведению животных, психологии развития и философии. Нам с тогдашними коллегами, Аланом Лесли и Саймоном Барон-Коэном, показалось, что эта концепция невероятно интересна в контексте аутизма, ведь она могла стать ключом к объяснению социальных дефектов аутичных людей. Так и получилось.

В 1980-х мы начали систематические поведенческие эксперименты и показали, что аутисты действительно не проявляют спонтанной “ментализации”. Иными словами, они не могут автоматически приписывать психологические мотивы и психические состояния другим, чтобы объяснить их поведение. Как только появились методы нейровизуализации, мы начали сканировать мозг аутичных взрослых и выявили систему ментализации. Но наша работа все еще продолжается⁹.

Исследования аутизма многое рассказали нам о социальном поведении, а также о биологии социальных взаимодействий и эмпатии^[19]. В некоторых социальных взаимодействиях участвуют биологические движения – например, мы подходим к другому человеку, протягиваем руку для приветствия. В 2008 году Кевин Пелфри из Йельского университета (тогда он работал в Университете Карнеги – Меллона) обнаружил, что аутичные дети испытывают трудности с распознаванием биологических движений¹⁰. Он провел эксперимент с аутичными и неаутичными (нейротипичными) детьми: пока дети наблюдали за небиологическими и биологическими движениями, Пелфри наблюдал за активностью в двух областях их мозга. Одной из областей была небольшая зрительная зона MT, или V5 (MT/V5), чувствительная к любому движению, а другой – верхняя височная борозда, которая у нейротипичных взрослых сильнее реагирует на биологическое движение. В качестве примера биологического движения Пелфри показывал детям шагающего человека или человекоподобного робота, небиологические движения совершали заводные игрушки и часы с маятником. У обеих групп детей чувствительная к любому движению зона MT/V5 примерно одинаково реагировала на оба типа движения. У нейротипичных детей верхняя височная борозда сильнее реагировала на биологическое движение, в то время как у аутичных она не различала два типа движения (рис. 2.2).

Рис. 2.1. Ута Фрит

Способность определять и встраивать биологическое действие в контекст ситуации – например, увязывать наше наблюдение за человеком, потянувшимся к стакану воды, с предположением, что этот человек хочет пить, – позволяет нам распознавать намерения, и это критически важно для теории психики. Таким образом, аутисты испытывают трудности с социальными взаимодействиями отчасти из-за того, что ограничены в способности интерпретировать социально значимые биологические движения – например, предложение пожать руку.

Рис. 2.2. Реакция на биологическое и небиологическое движение в двух областях мозга у детей без отклонений развития и у детей с аутизмом. MT/V5 – зона в затылочной доле мозга. BOLD-сигнал отображает уровень насыщения крови кислородом.

 

Аутичные люди испытывают схожие трудности и с чтением лиц. Когда они смотрят на другого человека, то избегают взгляда в глаза и, как правило, зрительно фиксируются на области рта (рис. 2.3). Нейротипичные люди поступают наоборот: они смотрят в основном в глаза. Почему? Потому что направленность взгляда дает нам важную информацию о желаниях, намерениях и убеждениях смотрящего. Слова “желать”, “намереваться” и “думать” описывают психические состояния. Непосредственно наблюдать психические состояния невозможно, однако большинство из нас ведет себя так, словно мы это умеем – умеем читать мысли.

Возьмем, например, восхитительную картину Жоржа де Латура “Шулер с бубновым тузом” (рис. 2.4). Что вы на ней видите? Вероятно, вас заинтересовал странный взгляд сидящей дамы. Очевидно, она общается с женщиной, которая стоит по ее правую руку. Стоящая женщина видела карты в руках человека, сидящего рядом. Этот человек – шулер: мы видим, что он прячет за спиной бубнового туза. Справа сидит богатый молодой человек, которого шулер скоро избавит от горсти золотых монет.

Рис. 2.3. Схемы движения глаз аутичного и нейротипичного человека

Рис. 2.4. “Шулер с бубновым тузом”, Жорж де Латур, ок. 1635 года (Лувр, Париж).

Как мы можем с такой уверенностью интерпретировать сцену, изображенную почти четыре века назад? Почему художник не сомневается, что мы заметим все его намеки – взгляд дамы, указующий перст, спрятанную карту – и сумеем понять картину правильно? Эти наши “сверхъестественные” навыки обусловлены способностью выстраивать теорию психики. Мы все время используем ее, чтобы объяснять и прогнозировать поведение людей.

Главная “поломка” при аутизме происходит в системе связи между взглядом и намерением. Хотя нам еще предстоит пройти долгий путь к пониманию биологических причин аутизма – изучить измененные гены, синапсы и нейронные сети, – мы уже немало знаем о когнитивной психологии этой болезни, а потому и о когнитивных системах мозга, которые отвечают за теорию психики.