Профессор Вилейанур С. Рамачандран, глава Центра изучения мозга и когнитивной деятельности Университета Калифорнии, наиболее известен в научном мире своими экспериментами в области бихевиористской нейрофизиологии. В 2012 году ученый прочитал в Университете Глазго лекцию из знаменитой серии Gifford Lectures на тему «Иллюзии и мозг». Он рассказывает, как желеобразное тело (весом в 1,5 и по консистенции напоминающее тофу) способно изучать и осознавать межзвездное пространство, понятия любви, страсти и милосердия, а главное — быть интроспективным, осознавать себя и собственное бытие.

Фантомные боли

Основные атрибуты сознания человека — чувство единства разума и тела (ощущение себя единой, неделимой личностью), чувство временной непрерывности своего бытия (возможность заглянуть в прошлое и предугадать будущее с точки зрения своего настоящего положения), чувство контроля над своей судьбой (свободная воля) и самоосознание (осознание окружающего мира через органы чувств и разум и осознание собственного осознания). Как же работает механизм отождествления разума с телом, которое он населяет? Иными словами, как наш мозг создает схему тела, давая нам ощущение физических границ собственной личности?

Поиск корреляции между физиологическими изменениями в мозге и изменениями в восприятии человеком собственного тела — одна из основных задач когнитивной нейронауки. Для того, чтобы показать несколько примеров таких изменений, профессор Рамачандран обращается к теме фантомных конечностей, первые упоминания о которых относятся еще к античности. Фантомные конечности и связанные с ними фантомные боли ощущают около 98% ампутантов. Природа этого феномена кроется в деятельности одной из вертикальных полос головного мозга, где находится так называемая соматосенсорная карта (карта Пенфилда). Этот участок мозга отвечает за сенсорные реакции разных частей тела. Опытным путем профессор Рамачандран убедился, что участки этой карты, отвечающие за ампутрованные части тела, все еще могут реагировать на стимулы. Так, у человека с ампутированной левой рукой ниже локтя, возникают ощущения прикосновения к фантомной руке при соответствующем стимулировании левой части его лица в районе щеки и носогубного треугольника. Это означает, что участки мозга, отвечающие за потерянные части тела, не теряют сенсорной силы, не «выключаются», а просто переносят соматосенсорную функцию на другой участок тела в соответствии с картой Пенфилда (кисть левой руки на карте находится как раз по соседству с левой частью лица).

карта Пенфилда

карта Пенфилда

Прикосновение к участку тела, на которую переносятся соматосенсорные функции ампутированного органа, вызывает яркие и точные фантомные ощущения этой части тела. Причем перенос этих функций происходит крайне тонко: в одном из экспериментов профессор Рамачандран попросил пациента поднять ампутированную руку вверх и пустил каплю воды по его щеке, что вызвало у пациента яркие ощущения движения капли по фантомной кисти вверх, вопреки законам физики.

Ощущения таких пациентов нельзя назвать бредовыми, это не психическое расстройство, а полноценная иллюзия движения и присутствия ампутированной конечности на сенсорном уровне. По мнению профессора Рамачандрана, механизм появления этих иллюзий тесно связан с привычной работой мозга до ампутации. У здорового человека это происходит так: мозг посылает сигнал конечности, мышцы движущейся конечности высылают обратный сигнал мозгу, а копия изначального сигнала посылается в центр формирования схемы тела для отслеживания этих движений. У ампутантов отсутствует обратный сигнал и визуальное подтверждение движения, но посылать изначальный сигнал к сокращению мышц их мозг все еще способен. Примерно два из трех пациентов с ампутированной кистью говорят об ощущениях прикосновения, жара и холода, а также более комплексных ощущениях — рукопожатия, ответа на телефонный звонок. Однако в трети случаев, фантомная конечность является для пациентов источником постоянной невыносимой боли, многие жалуются на ощущение того, что их фантомная конечность постоянно находится в неудобном положении, что пальцы ампутированной руки как будто плотно сжаты в кулак и впиваются ногтями в ладонь, вызывая неподдельное ощущение боли. В большинстве таких случаев конечность пациента до ампутации была достаточно продолжительное время парализована, в связи с чем у мозга вырабатывается осознание паралича вследствие неполучения ни мышечных, ни визуальных подтверждений движения конечности при отправке импульса к ее движению, что после ампутации переносится и на фантом.

Для подтверждения гипотезы о важности отсутствия визуального подтверждения для формирования осознания паралича профессор Рамачандран провел эксперимент с одним из ампутантов, который лишился своей конечности около десяти лет назад и испытывал фантомные боли. Поместив здоровую руку в зеркальный куб таким образом, что у пациента создавалось ощущение визуального контакта с полноценной конечностью вместо ампутированной, ученый просил испытуемого совершать симметричные движения — вроде хлопков в ладоши. Получая визуальное подтверждение наличия руки, мозг элиминировал фантомные боли, заменяя их ощущением производимого действия.

Поначалу этот эффект пропадал при потере визуального контакта с зеркалом, однако после трех недель ежедневных получасовых занятий, пациент полностью и необратимо избавился от всякого ощущения фантомной части тела, изменив таким методом собственную схему тела на церебральном уровне. Профессор Рамачандран в шутку назвал это «первым случаем ампутации фантомной конечности в истории медицины». Теперь этот метод используется по всему миру в качестве стандартной процедуры для лечения фантомных болей у ампутантов, а также некоторых форм паралича без ампутации конечностей, например постинсультного паралича или рефлекторной симпатической дистрофии.

Зеркальные нейроны

Профессор Рамачандран стал автором крайне любопытного открытия в области изучения фантомных ощущений. Оно связано с деятельностью так называемых зеркальных нейронов, во многом отвечающих за процесс имитации.

Нейрофизиолог Джакомо Риццолатти считается одним из ведущих мировых специалистов по проблемам зеркальных нейронов. В соавторстве с философом Коррадо Синигальей он написал книгу, в которой показывает, сколь сильны и прочны узы, которые связывают нас с другими.

Зеркальные нейроны создают в мозге виртуальную модель увиденного действия и проецируют его на себя. Так, если человека укололи иголкой, зеркальный нейрон тут же создает модель этого ощущения в мозге у наблюдателя, являя собой прямой инструмент эмпатии. Однако смотрящий, в отличие от уколотого, не почувствует боли как таковой, потому что импульса с поверхности кожи к нему в мозг не поступит. Ампутант же может полностью испытать фантомные ощущения при виде укола, направленного в ту часть тела уколотого, которая у первого ампутирована.

Причина тому в отсутствии возможности послать тот самый импульс с поверхности кожи, мозг в этом случае дорабатывает существующую в нем модель этого действия в полной мере, производя у ампутанта ощущение укола в фантомной части тела. Получается, что единственный фактор, который разграничивает сенсорное самоопределение двух индивидов и мешает возникновению прямого ощущения эмпатии — это только лишь кожа, физическая оболочка. Профессор Рамачандран называет такие нейроны «нейронами Ганди» или «нейронами гиперэмпатии». К слову, существуют исследования, показывающие, что система зеркальных нейронов у социопатов истощена или рудиментарна, это обуславливает физиологическую возможность доставлять боль другим людям.

Лишние конечности

Другим интересным феноменом, прямо противоположным по форме феномену фантомной конечности, является синдром невосприятия целостности собственного тела, или апотемнофилия. Пациенты, страдающие этим синдромом, испытывают непреодолимое желание ампутации какой-либо части тела в строго определенных границах. Они не рассматривают это как медицинскую проблему, для них это нечто желанное, источник удовлетворения. Причем чувство это настолько сильное, что пациенты идут на умышленное нанесение травм нежеланной конечности и на нелегальные операции, чтобы осуществить ампутацию, а добившись ее, действительно ощущают удовлетворение. В абсолютном большинстве случаев пациенты проявляют настойчивое желание ампутировать левую руку ниже локтя.

Из разговоров с такими пациентами профессор Рамачандран усвоил, что причиной такого странного поведения не является ощущение того, что нежеланная рука чужеродна — наоборот, пациенты говорят, что она чересчур интрузивна, слишком навязчиво ощущается. Экспериментально удалось выяснить, что даже при обычном прикосновении к нежеланному участку тела, пациент с апотемнофилией испытывает стресс, у него повышается потоотделение, чего не происходит при прикосновении к другим участкам тела. По мнению группы профессора Рамачандрана, организм инициирует стрессовую реакцию вследствие того, что эта конечность по какой-то причине отсутствует в схеме тела, которая генерируется в теменной доле мозга. Наличие части тела на карте Пенфилда и отсутствие ее в схеме тела создает противоречие, на которое мозг реагирует стрессом, ощущением дискомфорта. Таким образом оказалось, что природа этого расстройства, которое до этого считалось сугубо психиатрическим, лежит в области нейрофизиологии.

В ходе этой лекции профессор также рассказал об иллюзии резиновой руки. Этот известный эксперимент выглядит так: испытуемый сидит перед испытателем таким образом, что вместо одной из собственных рук перед ним оказывается резиновая рука, настоящая же его рука скрыта от него. Испытатель производит одинаковые прикосновения одновременно к скрытой настоящей и к видимой искусственной руке. Мозг, анализируя статистическую корреляцию между визуальными прикосновениями и ощущениями прикосновений, спустя несколько минут встраивает резиновую руку в схему тела и начинает ощущать прикосновения к резиновой руке. Еще более впечатляет то, что в дальнейшем развитии эксперимента, можно убрать со стола резиновую руку и испытуемый будет так же ощущать прикосновения к столу и испытывать соматические проявления стресса при угрозе агрессии в сторону стола. Настолько быстро мозг способен корректировать, казалось бы, устоявшуюся схему тела.

Иллюзия резиновой руки

Иллюзия резиновой руки

Открытия профессора Рамачандрана оказали сильное влияние на современную нейронауку, в корне изменив некоторые базовые представления. Например, раньше считалось, что поступающие в мозг сенсорные сигналы проходят поэтапно все модули калькуляции (цвет, форма, расстояние), модули эти автономны и работают в строгой последовательности. Теперь же стало ясно, что этот процесс происходит частично на каждом этапе обработки сенсорной информации, а все модули переплетены между собой в сложную сеть. Модули находятся в состоянии динамического равновесия друг с другом, с сенсорной информацией, поступающей в мозг, с телом человека через поступающие импульсы и с другими мозгами через зеркальные нейроны. Ряд экспериментов профессора, включая эксперимент с резиновой рукой, имеют яркий философский подтекст. Они показывают, что само понятие «я», восприятие себя в качестве единого, неделимого организма — крайне тонкая материя, и мозг способен перестраивать схему человеческого тела достаточно быстро в зависимости от получаемых внутренних и внешних стимулов. Как подчеркнул сам профессор Рамачандран, «нынешний уровень развития нейронауки позволяет нам ставить эмпирические опыты для получения прямых доказательств или опровержений тысячелетним философским конструктам, таким, в частности, как концепция самоосознания».