Рассказывают волны мозга

Допустим, что мы положили на воду в двух озерах поплавки из пенопласта, прикрепили к ним на длинных проволоках писчикн и прислонили их к крутящимся барабанам, на которых натянута бумага. Получили два графика, два отпечатка волн. Сравниваем их.

Специальный анализ показывает, что волны в этих водоемах похожи, то есть их подъемы или спады происходят одновременно. Вероятно, это сходство объясняется тем, что они где-то соединяются протокой.

Представим теперь на месте озер участки коры головного мозга собаки. Один - это затылочная кора, которая расшифровывает зрительные сигналы, другой - отдел сенсомоторной коры. Сюда попадают ощущения от правой передней лапы. Собака привязана к станку. На голове укреплены электроды. Энцефалограф запущен.

Две зубчатые линии, одна под другой, побежали по бумаге. Сравнивают их так: допустим, за интервал в одну секунду электрические волны с затылка и сенсомоторной коры совершили по пять колебаний. Сопоставив их направления - вверх или вниз, мы нашли, что они совпадают в двух случаях и не совпадают в трех.

Разобрав таким образом запись электроэнцефалограммы (это обычно делает ЭВМ), мы узнаем, что примерно в половине случаев направления волн совпадают, а в половине - нет. О чем-то говорит? Волны друг на друга не похожи, и никакой связи, никакой "протоки" между участками коры нет. Но вот мы повесили перед животным лампочку и приступаем к выработке условного пищевого рефлекса. Через несколько секунд после включения сигнала оно должно нажать лапой на педаль. Кормушка открывается, и награда за сообразительность - мясо. Скоро собака уясняет условия опыта и, как только вспыхивает свет, нажимает на педаль.

Во время эксперимента включаем энцефалограф и сравниваем записи зрительной и сенсомоторной коры. Исследования электроэнцефалограммы (ЭЭГ) показали, что направления колебаний совпали почти в 80% случаев и не совпали в 20%. Значит, волны стали похожи друг на друга, или, как бы сказал физиолог, между биоэлектрической активностью зрительной и сенсомоторной коры обнаружена высокая степень пространственной синхронизации. Следовательно, между двумя отделами коры становилась связь.

Возникновение такой пространственной синхронизации при выработке условных рефлексов впервые показал академик М. Н. Ливанов. Он считал, что когда волны разных частей мозга становятся похожими, значит, отделы мозга работают совместно. Проявляется это в том, что собака обучается по сигналу лампочки нажимать на педаль. А если много-много раз зажигать перед ней лампочку, столько же раз подкладывая в кормушку мясо? Сначала синхронизация между затылочной и сенсомоторной корой станет расти. Одновременно там и тут будет увеличиваться площадь, откуда регистрируется синхронизованная активность. Однако скоро наступит момент, когда площадь и степень синхронизации пойдут на убыль, но реакция ничуть не ухудшится. Почему же?

Вообразите, сколько труда и времени затрачивали когда-то ремесленники, чтобы облачить в стальные костюмы джентльменов, которые в средние века рубили и прокалывали друг друга при Азенкуре и Пуатье! А нынче бригада квалифицированных штамповщиков одела бы всю рыцарскую Европу в первоклассные латы за месяц и еще бы наработала их впрок столько, что хватило бы на все музеи мира.

Похоже и с мозгом. Когда он отработал какую-то операцию, прогресс технологии выразился в том же, что и в случае производства лат. Меньшее количество нейронов-мастеровых займется ее исполнением, во-первых, а во-вторых, как штампованные доспехи станут на поток, сделаются совершенно одинаковыми, так и нажатия на педаль будут все более похожими и экономными по своим физиологическим механизмам: в них начнут принимать участие одни и те же группы мышц, обретут постоянство сила их сокращения, кровоснабжение и т.д.

М. Н. Ливанова и его сотрудников заинтересовало: как у человека изменится пространственная синхронизация участков коры при решении арифметических задач. Ведь в этих условиях важна не столько работа зрения, слуха, двигательных зон, сколько сотрудничество разных корковых структур, а одновременно н взаимодействие памяти, процессов анализа, синтеза, эмоционально-мотивационного состояния и т. д. Об этом-то и рассказывает пространственная синхронизация корковой активности.

Испытуемых усаживали в затемненную звукоизолированную комнату. Биопотенциалы одновременно регистрировали до пятидесяти электродов, расположенных равномерно по всей поверхности головы. Затем с помощью ЭВМ исследовали корреляцию (степень сходства) активности попарно для всех 50 точек.

В покое у здоровых испытуемых биопотенциалы сходились лишь у одной-двух близко расположенных точек. Во время решения арифметической задачи количество взаимокоррелирующих участков резко возрастало и главным образом в лобной коре. В теменной и затылочных долях пространственная синхронизация тоже повышалась, но куда им до лба! Теперь совместно работали не только близлежащие части коры, но и расположенные в разных полушариях и долях.

У больных бредовой формой шизофрении в покое совместно работало гораздо больше участков коры, чем у здоровых людей. Их мозг как бы и в покое оставался напряженным. Пока нам трудно понять, отчего это происходило. Не исключено, что это напряжение отражает сам патологический процесс бреда. А может быть, и наоборот - стремление мозга перебороть дефект, вернуться к нормальной деятельности. Так или иначе, решить задачу просили и этих больных. Уровень синхронизации в их лобных отделах не изменился в отличие от его резкого возрастания у здоровых людей. Однако в теменной и затылочных долях синхронизация достоверно повысилась. При этом пациенты с трудом справлялись с заданием. То же самое происходило, когда здоровым людям вводили аминазин - успокаивающий, снимающий страх и тревогу препарат.

Считают, что это лекарство блокирует ретикулярную формацию - широко разветвленную в подкорковых зонах "сеть", образованную миллионами нейронов и регулирующую возбудимость и тонус выше- и нижележащих отделов центральной нервной системы, включая кору больших полушарий. Видимо, лобная кора выполняет важную роль в интеллектуальной деятельности мозга. Поэтому и усиливается пространственная синхронизация между активностью различных участков лба во время решения задачи; эти изменения отсутствуют как раз у тех, кто с трудом решал задачи, - у здоровых ли людей, получивших аминазин, или у больных. Таким образом, было получено прямое свидетельство того, что лоб "управляет мыслью". Вот первый шаг к раскрытию тайны интеграции!

И еще эти опыты показали: чтобы лоб действовал успешно, должны были остаться сохранившимися его отношения с ретикулярной формацией, поддерживающей тонус, бодрствование мозга.

При шизофрении, возможно, происходит нечто похожее на то, к чему приводит введение аминазина - эти отношения нарушаются.

Что же дают для работы лба его связи с ретикулярной формацией. В ее компетенцию входит и, внимание. Может быть, изучение цепочки "ретикулярная формация - внимание - лобная кора" поможет нам ответить на этот вопрос и понять, что вообще значит последняя для данного качества.