Нейронный портрет человеческого разума

Основоположница сканирования мозга Нэнси Кэнвишер использует функциональную МРТ, чтобы увидеть активность различных областей мозга (зачастую своих собственных). Она делится тем, что узнала вместе с коллегами: мозг состоит из узкоспециализированных компонентов и областей общего назначения. Однако многое ещё только предстоит узнать.

Сегодня я хочу рассказать

о проекте, проводимом учёными

по всему миру

с целью изобразить нейронный портрет
человеческого разума.

Главная идея этой работы
заключается в том,

что человеческий разум и мозг —

это не единый,
универсальный процессор,

а набор
узкоспециализированных компонентов,

каждый из которых отвечает за решение
отдельной специфической задачи,

при этом все вместе
они делают из нас людей,

способных думать.

Чтобы прочувствовать эту идею,

представьте следующую ситуацию:

вы приходите за ребёнком
в детский сад.

Как всегда, там куча детей,

ожидающих прихода родителей.

Но в этот раз,

каким-то странным образом,
все их лица выглядят похожими,

и вы не можете понять,
кто из них ваш ребёнок.

Может, вам нужны новые очки?

Может, вы сходите с ума?

Вы быстро оцениваете
своё психическое состояние.

Нет, кажется, вы ясно мыслите

и видите идеально.

Всё кажется обычным,

за исключением детских лиц.

Вы видите лица,

но не можете их различить.

Ни одно из них
не кажется вам знакомым.

И только увидев
оранжевую ленту для волос,

вы находите свою дочь.

Эта внезапная потеря способности
распознавать лица

в действительности случается с людьми.

Она называется прозопагнозия

и является результатом повреждения

определённой части головного мозга.

Поразительно то,

что ухудшается только распознавание лиц,

в остальном мозг работает отлично.

Прозопагнозия — одно из многих
удивительно специфичных

умственных нарушений, случающихся
из-за повреждения головного мозга.

Вместе все эти синдромы

долгое время наводили на мысль о том,

что разум разделён
на отдельные элементы.

Попытки обнаружить эти элементы

достигли запредельной скорости

с изобретением технологии
сканирования мозга,

особенно МРТ.

МРТ позволяет увидеть
внутреннюю анатомию

в высоком разрешении.

Сейчас я покажу вам

серию снимков знакомых нам предметов

в поперечном разрезе.

Мы просмотрим их насквозь,

и вы попытаетесь угадать,
что это за предметы.

Поехали.

Не так уж это и просто.
Это артишок.

Хорошо, посмотрим на другое.

Начинаем с нижней части и проходим вверх.

Брокколи! Да, это головка брокколи.

Красиво, правда? Мне нравится.

Хорошо, вот ещё одно.
Конечно же, это мозг.

В действительности это мой мозг.

Мы проходим через слои моей головы.

Вот мой нос справа.

А сейчас мы двигаемся вот сюда.

Это изображение красиво,
раз уж я сама так заявляю,

но оно показывает лишь анатомию.

Настоящий прогресс
в функциональном сканировании

произошёл, когда учёные поняли,

как получать изображения, отображающие
не только анатомию, но и активность,

т.е. место, где активируются нейроны.

Вот как это работает.

Мозг подобен мышцам.

Когда они сокращаются,

им необходим увеличенный приток крови
для обеспечения этой активности.

К счастью для нас, управление кровотоком
к мозгу является локальным.

Если группа нейронов, скажем, здесь

активируется и возбуждается,

то приток крови увеличится именно сюда.

Функциональная МРТ
улавливает это увеличение притока крови,

выдавая более высокую
ответную реакцию

там, где происходит
активация нейронов.

Чтобы дать вам точно прочувствовать,

как проходит эксперимент
с функциональной МРТ,

и что вы можете и не можете

узнать с её помощью,

позвольте мне рассказать
об одном из первых моих исследований.

Нам хотелось узнать, есть ли особая
часть мозга, отвечающая за узнавание лиц.

У нас уже была причина думать,
что такая часть должна существовать,

учитывая феномен прозопагнозии,

о котором я рассказала ранее.

Но никто никогда не видел
этот участок мозга

у нормального человека,

и мы начали его поиски.

Я была первым объектом исследования.

Меня поместили в сканер,
я легла на спину

и держала голову неподвижно,
насколько могла,

при этом часами рассматривала
фотографии лиц, таких как эти,

и предметов, как эти.

И снова лица, и снова предметы.

Довольно близко подойдя
к мировому рекорду

по количеству часов,
проведённых в сканере МРТ,

я могу заявить, что одно умение,

которое очень важно
для МРТ исследования, —

это контроль мочевого пузыря.

(Смех)

Закончив сканирование,

я сделала быстрый анализ данных

в поисках любого участка мозга,

который подавал более сильный сигнал,
когда я смотрела на лица,

чем когда я рассматривала предметы.

И вот что я увидела.

По нынешним стандартам
этот снимок выглядит просто ужасно.

Но в то время я думала, что он красив.

На нём показан вот этот участок,

этот маленький шарик

размером с оливку,

расположенный
на нижней поверхности мозга,

примерно в дюйме вот отсюда.

То, что проделывает эта часть мозга, —

это как раз таки
подача более высокого сигнала,

т.е. активность нейронов была выше,

когда я смотрела на лица,

чем когда я смотрела на предметы.

Всё это очень здорово,

но откуда нам знать,
что это не случайность?

Самый простой способ —

проделать этот эксперимент снова.

Я вернулась к сканеру,

просмотрела больше лиц и предметов

и получила всё тот же шарик.

Потом я проделала это ещё раз,

и ещё раз,

и ещё несколько раз,

и только потом

я решила поверить,
что это было действительно так.

Но всё же, может быть,
что-то не так с моим мозгом,

и ни у кого другого этого нет?

Чтобы выяснить это,
мы просканировали целую группу людей

и обнаружили, что почти у каждого

есть область,
отвечающая за обработку лиц,

в той же части мозга.

Следующий вопрос состоял в том,

какие функции она выполняет?

Неужели она специализируется
только на распознавании лиц?

А может быть и нет?

Может, она реагирует не только на лица,

но и на части тела?

Может, она реагирует
на всё человеческое,

или что-то одушевлённое,

или что-то круглое?

Единственный способ
удостовериться в том,

что эта область отвечает
за распознавание лиц, —

это исключение остальных гипотез.

Бо́льшую часть следующих двух лет
мы провели,

сканируя людей,
пока они просматривали

сотни разных изображений.

Мы установили, что эта область мозга

интенсивно реагирует,
когда человек смотрит

на различные изображения лиц.

Гораздо слабее она реагирует

на все остальные изображения,

как, например, эти.

Так удалось ли нам отстоять позицию,

что эта область мозга
необходима для распознавания лиц?

Нет.

Сканирование мозга
никогда не сможет сказать,

необходима ли какая-то его область
для чего-либо.

Всё, что вы можете сделать, —

это наблюдать
за активностью областей мозга

в то время,
как человек думает о чём-то.

Чтобы узнать, необходима ли какая-то
часть мозга для умственной деятельности,

нужно повозиться с ним и увидеть,
что получится.

В действительности
мы этого не делаем.

Но совсем недавно
возникла удивительная возможность,

когда двое моих коллег

проверяли вот этого человека,
страдающего эпилепсией.

Здесь он показан на больничной койке

с электродами, помещёнными

на поверхность его головного мозга

для определения источника приступов.

Совершенно случайно получилось так,

что два электрода располагались

прямо над областью распознавания лиц.

С согласия пациента

врачи узнавали, что происходит с ним

во время электрической стимуляции
этой части мозга.

Сам пациент не знает,

где расположены электроды,

и никогда не слышал
об области распознавания лиц.

Давайте посмотрим, что происходило.

Видео начнётся с контрольного условия,

с едва заметной надписи красного цвета

«SHAM» в левом нижнем углу,

когда не подаётся электрический ток.

Сначала вы услышите разговор невролога
с пациентом. Давайте посмотрим.

(Видео) Невролог:
Просто посмотри на моё лицо

и скажи, что происходит,
когда я делаю вот так.

Хорошо?

Пациент: Хорошо.

Невролог: Один, два, три.

Пациент: Ничего.
Невролог: Ничего? Понятно.

Сейчас я сделаю это ещё раз.

Посмотри на моё лицо.

Один, два, три.

Пациент: Вы только что превратились
в кого-то другого.

Ваше лицо изменилось.

Ваш нос отвис и ушёл влево.

Вы выглядели почти как человек,
которого я видел раньше,

но при этом совершенно другой.

Вот это был глюк.

(Смех)

Нэнси Кэнвишер: Этот эксперимент —

(Аплодисменты) —

Этот эксперимент наконец
подтверждает довод о том,

что эта область мозга не только

избирательно реагирует на лица,

но к тому же участвует
в восприятии лица.

Я подробно рассказала

об области распознавания лиц,
чтобы показать вам,

как пришлось устанавливать тот факт,
что часть мозга

избирательно участвует в конкретном
психическом процессе.

Далее я быстро расскажу

о других специализированных
областях мозга,

которые были обнаружены нами
и другими учёными.

Чтобы сделать это,
я провела много времени

внутри сканера весь прошлый месяц

с целью показать вам следующее.

Итак, начнём.
Это правое полушарие моего мозга.

Снимок ориентирован так.
Смотрите на мою голову с этой стороны.

Представьте, что убираете череп

и смотрите на поверхность мозга вот так.

Как вы видите,

поверхность мозга вся в складках.

Это неудобно.
Что-то может быть скрыто.

Давайте распрямим её,

чтобы видеть полную картину.

Далее давайте найдём
область распознавания лиц,

которая реагирует на эти изображения.

Чтобы увидеть её, повернём мозг

и посмотрим
на внутреннюю поверхность снизу.

Вот она, эта область.

Справа от неё
расположена другая область —

она показана фиолетовым —

которая реагирует
на обработку цветовой информации.

Рядом с этими участками ещё одни,

которые вовлечены
в восприятие пространства.

Например, сейчас я вижу
планировку пространства вокруг себя,

и эти области, выделенные зелёным,

в данный момент активны.

Есть ещё одна часть внешней поверхности,

где расположены две дополнительные
области распознавания лиц.

В этом полушарии
также расположена область,

избирательно участвующая

в обработке видимого движения,

такого, как эти движущиеся точки.

Она выделена жёлтым
в нижней части мозга.

Рядом с ней участок, реагирующий

на изображения тела или его частей,
как эти, например.

Он окрашен в светло-зелёный цвет

в нижней части мозга.

Все области, показанные вам,

вовлечены в конкретные аспекты
визуального восприятия.

Имеем ли мы другие
специализированные области

для других чувств, например, слуха?

Конечно. Если мы немного повернём мозг,

то увидим тёмно-синий участок,

о котором мы сообщили пару месяцев назад.

Он активно реагирует,

когда вы слышите звуки с высоким тоном,
как, например, эти.

(Звук сирены)

(Виолончель)

(Дверной звонок)

И напротив,
эта область слабо реагирует

на отлично знакомые звуки,

которые не обладают высоким тоном.
Например:

(Хруст)

(Барабанная дробь)

(Спуск воды в туалете)

Рядом с областью «высокого тона»

есть группа участков,
избирательно реагирующих

на звуки речи.

Давайте посмотрим на такие же участки

в левом полушарии.
Их расположение примерно одинаково —

не идентично, но похоже.

Большинство схожих областей
расположены тут,

хотя иногда они отличаются размерами.

Всё, что я показала вам, —

это области, вовлечённые
в различные аспекты восприятия, —

зрение и слух.

Есть ли у нас специализированные области

для действительно причудливых и сложных
психических процессов?

Они есть.

Здесь розовым обозначены речевые центры.

С давних пор было известно,

что эта область мозга в целом

вовлечена в обработку речи.

Но лишь недавно мы выявили,

что эти области розового цвета

реагируют крайне избирательно.

Они реагируют, когда вы понимаете
смысл предложения,

и не активны, когда вы решаете
другие сложные умственные задачи,

например, считаете в уме,

или запоминаете информацию,

или оцениваете сложную структуру

музыкального произведения.

Самый удивительный центр,
найденный на сегодняшний день, —

вот этот,
выделенный бирюзовым цветом.

Эта область активируется,

когда вы думаете о том,
что думает другой человек.

Как бы безумно это ни звучало,

но мы, люди, в действительности
часто делаем это.

Вы делаете это, когда осознаёте,

что до́ма будут беспокоиться,

если вы не позвоните и не предупредите,
что опаздываете.

Этот центр моего мозга активен сейчас,

когда я думаю, что вам наверняка

теперь интересно знать

об остальной серой неизведанной
территории мозга —

что происходит там.

Мне тоже хотелось бы это знать.

Сейчас мы проводим множество
экспериментов в лаборатории

с целью выявить ряд других

специализированных областей мозга,

отвечающих
за очень специфические функции.

Важно отметить,
что я не думаю, что у нас есть

специализированные участки в мозге

на все важные психические функции,

даже на те, которые имеют
решающее значение для выживания.

Несколько лет назад

в моей лаборатории работал учёный,

совершенно убеждённый в том,

что он нашёл в мозге область

обнаружения пищи.

При сканировании
она интенсивно реагировала,

когда люди смотрели на такие изображения.

Далее он обнаружил такую же реакцию

почти в том же месте

у 10 из 12 испытуемых.

Это настолько взволновало его,

что он бегал по лаборатории,

рассказывая всем,
что пойдёт на шоу Опры

со своим грандиозным открытием.

Но потом он провёл решающий тест —

показал испытуемым эти изображения еды

и сравнил с результатами
просмотра картинок

с похожими текстурой и цветом,
но не изображающих еду.

Обнаруженный им участок
отреагировал одинаково

на обе группы изображений.

Так что это была область,

которой всего лишь нравились
цвета и формы.

Вот вам и Опра.

Хотя вопрос, конечно, в том,

как мы обрабатываем
всю остальную информацию,

для которой у нас нет
специализированных областей в мозге?

Я думаю, ответ в том,

что помимо узкоспециализированных
компонентов, о которых я рассказала,

у нас в голове также есть
области общего назначения,

позволяющие нам решать

любые возникающие проблемы.

В действительности,
как мы недавно выявили,

эти области,
выделенные белым на картинке,

реагируют всякий раз, когда вы решаете
сложную умственную задачу.

Так было

со всеми семью, что мы протестировали.

Каждый отдел мозга,
о котором я рассказала

вам сегодня,

присутствует
приблизительно в том же месте

у каждого нормального человека.

Можно взять любого из вас,

поместить в аппарат сканирования

и найти каждый из этих отделов
в вашем мозге.

Он будет выглядеть очень похоже на мой.

Хотя области будут немного отличаться

в их точном местоположении и размере.

Для меня важным в этой работе

является не просто обнаружение
отдельных областей мозга,

но в первую очередь сам факт того,

что у нас есть избирательные,
специфические компоненты

мозга и разума.

Я имею в виду,
что всё могло бы быть иначе.

Мозг мог бы быть единым

процессором общего назначения,

как кухонный нож,

а не швейцарский армейский ножик.

Вместо этого,
сканирование мозга показало

сложную и интересную картину
человеческого разума.

У нас есть изображение структуры

общего назначения

в дополнение к удивительному набору

узкоспециализированных компонентов.

Это лишь начальные этапы проекта.

Мы сделали лишь первые мазки

нейронного портрета
человеческого разума.

Самые фундаментальные вопросы
остаются без ответа.

Например, что именно делает
каждый из этих отделов?

Зачем нам нужны три области
распознавания лиц

и три области восприятия пространства?

И как происходит
разделение труда между ними?

Второй вопрос — как все эти области

связаны между собой в мозге?

При помощи диффузионной МРТ

можно проследить,
как пучки нейронов

соединяются с различными частями мозга.

А с помощью этого метода

можно увидеть
соединения отдельных нейронов,

которые потенциально смогут дать
полную схему соединений

в человеческом мозге.

Третий вопрос — как выстраивается

эта очень систематическая структура

во время развития в детстве

и в целом во время эволюции
нашего вида?

Для поиска ответов на эти вопросы

учёные сканируют

различные виды животных,

а также младенцев.

Многие оправдывают высокую стоимость
исследований в нейробиологии,

указывая, что в будущем они помогут нам

в лечении заболеваний мозга,
таких как болезнь Альцгеймера и аутизм.

Это чрезвычайно важная цель.

Я буду рада, если хоть какая-то часть
моей работы поспособствует этому.

Однако исправление нарушений —

не единственное,
ради чего стоит работать.

Попытки понять
человеческий мозг и разум

имеют смысл, даже если
не приведут к излечению

ни одной болезни.

Ведь что может быть более захватывающим,

чем понимание лежащих в основе
человеческого опыта

фундаментальных механизмов,

понимание нашей сущности?

Я думаю, что это
величайшие научные изыскания

всех времён.

(Аплодисменты)