«Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке»

Полушария человеческого мозга соединены между собой тремя спайками (комиссурами) и сплетением нервных волокон — мозолистым телом. Если последнее разделено хирургически или повреждено, полушария уже не могут делиться друг с другом информацией и начинают функционировать независимо. В книге «Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке» (издательство «Corpus»), переведенной на русский язык Юлией Плискиной и Светланой Ястребовой, американский нейробиолог Майкл Газзанига рассказывает, как работа множества ученых, включая его самого, позволила открыть и исследовать синдром «расщепленного мозга». N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным состоянию науки о мозге в середине ХХ века и изучению последствий разделения полушарий у животных.
Книга опубликована в рамках издательской программы Политехнического музея и входит в серию «Книги Политеха».

Наука тогда и сейчас

Тогда, в 1961-м, жизнь была простой. Или так кажется сейчас. То было время, когда люди уезжали в колледж, усердно учились, поступали в магистратуру или аспирантуру, получали ученую степень, становились постдоками, переходили на оплачиваемую позицию, затем становились профессорами в каком-нибудь институте. Они проживали жизнь, преследуя свои интересы в интеллектуальной сфере. Сегодня карьерные пути не так четко определены и все больше постдоков уходят в индустрию, просветительскую деятельность, стартапы, зарубежные исследовательские организации и так далее. У многих есть коллеги, приехавшие из-за рубежа или проведшие там некоторое время. Это все тоже прекрасно, но отличается от прежнего порядка и в социальном смысле более сложно устроено.

В начале 1960-х некоторые аспекты биологии тоже обманчиво казались простыми. Уотсон и Крик совершили свое прорывное открытие структуры ДНК и ее роли в наследственности. По сегодняшним стандартам молекулярных механизмов, построенная ими модель проста. Гены продуцируют белки, а белки затем выполняют всевозможные функции организма. Раз-два — и вот у вас полный механизм. Он стал известен под названием «центральная догма». Информация перемещалась в одном направлении — от ДНК к белкам, которые затем давали команды организму. Сегодня уже, правда, существуют серьезные расхождения даже по поводу того, что именовать геном, и уж тем более по поводу того, сколько разных взаимодействий существует между молекулами, которые, как считается, составляют звенья некоей причинно-следственной цепи. Чтобы еще усложнить картину, добавим, что информация идет в обоих направлениях: то, что образуется, в свою очередь, влияет на то, как оно образуется. Молекулярные аспекты жизни отражают сложную систему, основанную на петлях обратной связи и множественных взаимодействиях, — в ней нет ничего линейного и простого.

На заре современной науки о мозге обсуждения велись в незатейливых терминах. Нейрон A посылал сигнал нейрону Б, а тот — нейрону В. Информация передавалась по цепочке и каким-то образом постепенно трансформировалась из ощущений от сенсорных систем в действия, под влиянием внешних подкреплений. Сегодня столь упрощенное описание работы мозга выглядит смешным. Взаимодействия различных сетей мозга так же сложны, как и взаимодействия составляющих их молекул. Построение схемы их работы почти парализующе по своей сложности. Хорошо, что тогда мы этого не осознавали, а то бы никто не отважился взяться за эту работу.

Оглядываясь на те ранние годы, я думаю: исследованию расщепленного мозга на людях сыграло на руку, что его развивал наивнейший из исследователей — я. Я не знал ничего. Я просто пытался понять проблему, используя собственный словарь и собственную простую логику. Это все, что у меня было помимо нескончаемой энергии. По иронии судьбы то же было верно и для Сперри, самого продвинутого специалиста по нейронауке своей эпохи. Он ранее никогда не работал с людьми в качестве испытуемых, так что мы пробивали путь вперед вместе.

В каком-то смысле, конечно, мы все понимали, что пациенты с расщепленным мозгом — это пациенты с неврологическими расстройствами, а неврология была уже сформировавшейся областью с богатым словарем. Джо был нашим провод ником по минному полю специальных терминов. Обследование пациента с инсультом или дегенеративным заболеванием было надежно отработано и точно описано. Богатая история первых неврологов принесла нам массу информации о том, какая часть мозга за какие когнитивные функции отвечает. Жившие в XIX веке гиганты профессии, Поль Брока и Джон Хьюлингс Джексон, и их коллеги из XX века, такие как нейрохирург Уайлдер Пенфилд и Норман Гешвинд, все сыграли важные роли в развитии медицинской точки зрения на устройство мозга.

Я все еще помню день, когда Джо приехал в Калтех из Мемориальной больницы Уайта, чтобы провести у нас в лаборатории семинар. Он описал наши первые результаты, используя классическую неврологическую терминологию. Хотя это не было абракадаброй, звучало это для меня именно так, и я помню, как сказал об этом Джо и Сперри. Джо был очень открытым и неизменно прогрессивным. Он просто сказал мне: «Хорошо, опиши лучше», и Сперри кивнул в знак согласия. В последующие годы мы это сделали, разработав в наших первых четырех статьях словарь научных терминов для описания происходящего с людьми, которым разделили половины мозга.

Начало исследований расщепленного мозга

Исследования расщепленного мозга на животных имеют богатую историю. Все описанное случилось до моего появления в лаборатории, поэтому легко представить себе существование множества версий этой истории. Самая бесхитростная начинается с Рональда Майерса, учившегося на врача и работавшего над получением ученой степени в Чикагском университете в середине 1950-х годов.

Его проект был посвящен рассечению посередине перекреста зрительных нервов (хиазмы) у кошки — задача, мягко говоря, не из простых. Казалось, до этой хиазмы вообще нельзя добраться. Располагается она в основании мозга, где пересекаются некоторые нервные волокна от левого и правого глаза, позволяя информации от обоих глаз передаваться в каждое полушарие мозга. Если бы он сумел успешно перерезать хиазму, это бы означало, что зрительная информация, приходящая от правого глаза, осталась бы латерализованной — то есть шла бы только в правое полушарие, а информация, приходящая от левого глаза, попадала бы только в левое. Операция нарушила бы перемешивание информации, обычно происходящее в основании мозга. Если бы такую операцию возможно было провести, это означало бы, что можно начать проверять, как информация от одного глаза соединяется в мозге с информацией от другого глаза. Все это диктовалось рабочей гипотезой, на тот момент не доказанной, что структурой нервной системы, интегрирующей информацию, является мозолистое тело — гигантский нервный тракт, соединяющий половины мозга. Были и те (как вышеупомянутый Карл Лешли), кто считал, что мозолистое тело — всего лишь структурный элемент, поддерживающий два полушария. В эксперименте Майерса планировалось сначала обучить зрительной задаче один глаз кошки с рассеченной хиазмой, а затем проверить другой глаз. Если бы информация от двух глаз интегрировалась, то по замыслу надо было бы снова протестировать животное после рассечения мозолистого тела, чтобы проверить, прекратится ли интеграция. Согласно гипотезе, должна была бы прекратиться. Было бы здорово, если бы это подтвердилось.

Майерс оттачивал технику операции и наконец довел до совершенства исходно невероятно сложную методику. После многих часов практики она стала вполне подъемной, хотя ее описание вовсе не просто. Оригинальное описание Майерса звучит так:

Зрительная хиазма была рассечена в средней сагиттальной плоскости с трансбуккальным доступом [через рот]. Во время этой процедуры мягкое небо надрезалось от места его прикрепления к твердому небу (передняя точка) до примерно полусантиметра от его свободного края (задняя точка). Концы разреза затем оттягивались кетгутовыми швами, что создавало ромбовидное отверстие. Лоскут слизистой оболочки носа отодвигался от клиновидной кости, и зубным буром в кости проделывалось овальное отверстие 1 на 5 мм непосредственно спереди от шва, соединяющего клиновидную и переднюю клиновидную кости. Через это отверстие в кости аккуратно доставалась и надрезалась твердая оболочка мозга, благодаря чему открывался доступ к лежащей под ней хиазме зрительных нервов. Затем хиазма перерезалась стальным лезвием под визуальным контролем посредством бинокулярной препаровальной лупы. Небольшой кусочек танталовой фольги помещался между разрезанными половинками хиазмы, чтобы сделать возможной посмертную проверку полноты рассечения беглым осмотром.

После рассечения хиазмы отверстие в кости заполнялось «Гельфоумом», смоченным кровью, чтобы сформировать барьер между носоглоткой и черепной полостью. Лоскут слизистой помещался над «Гельфоумом», и надрезанное мягкое небо возвращалось на место с помощью кетгутовых швов.

Все ясно? Майерс был полон решимости провести свой эксперимент. Он обнаружил, что у кошек с перерезанной хиазмой информация интегрируется, а после рассечения мозолистого тела, как он и предполагал, интеграция прекращается. Этот эксперимент наряду с открытием, что мозолистое тело передает информацию от одного полушария к другому, совершил переворот. Теперь после обеих операций каждому полушарию можно было непосредственно предъявлять зрительную информацию, а другое полушарие проверять на знание этой информации.

Благодаря прорывной операции Майерса по разрезанию хиазмы и логичному следующему шагу по рассечению мозолистого тела рос интерес к тому, что сначала казалось сравнительно непонятным, даже сбивающим с толку результатом. У пациентов Акелайтиса в Рочестерском университете вроде бы не появилось значительных изменений в поведении или когнитивных способностях после операции на мозолистом теле. Из-за той работы и позиции Лешли многие считали, что результаты новых тщательно спланированных экспериментов Майерса и Сперри на животных вряд ли будут применимы к людям.

Конечно, одна из прелестей науки в том, что она не стоит на месте. Когда тема расщепленного мозга получила продолжение и стала крайне важна и интересна научному сообществу, люди захотели узнать, откуда возникла сама идея. Кто был зачинателем? Майерс? Сперри? Оба? Кто-то другой? Происходило ли все само собой, постепенно, по мере того как со временем накапливалась информация? В конце концов, лишь спустя годы после исследования Майерса разработанная им процедура получила название «расщепление мозга» — благодаря Сперри, непревзойденному мастеру слова.

Одно из свидетельств о корнях идеи исходит от известного психолога Клиффорда Моргана, переехавшего из Висконсина в Санта-Барбару в начале 1960-х. Он преподавал в Гарварде в начале 1940-х и несомненно знал Сперри, поскольку оба были связаны с Лешли. Морган серьезно интересовался исследованиями эпилепсии, а также прославился как автор учебников. Его первая книга «Физиологическая психология», опубликованная в 1943 году, получила признание за упорядочение знаний в этой области. Морган сделал блистательную карьеру, основал собственную издательскую фирму, свои журналы и даже общество. Возможно, он послужил примером для моих собственных последующих антрепренерских попыток начать издавать журнал и основать научное общество.

Позже я встретился с Морганом в его офисе, когда приехал на свой первый срок в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре в 1966 году. Он был сердечным и щедрым человеком, который, казалось, живет, чтобы воскресными вечерами слушать диксиленд-джаз в местном клубе. В самом деле, он был настолько щедр, что однажды вдруг взял да и одолжил мне пять тысяч долларов на покупку моего первого дома! Вот так запросто он, сидя за рабочим столом, выписал чек и протянул мне его со словами «Вернешь, когда сможешь». Этот жест позволил мне устроить свой домашний быт и имел для меня большое значение. Много лет спустя, последовав его примеру, я сделал то же для двух своих молодых научных сотрудников.

Оказывается, мысль о расщепленном мозге впервые была зафиксирована в 1950 году во втором издании книги Моргана, написанном совместно с психологом из Пенсильванского университета Элиотом Стелларом. Высказана она была обыденно и звучала так, будто уже в то время была частью культуры, хотя на самом деле все еще только строили догадки о предназначении мозолистого тела и о том, как информация попадает из одного полушария в другое. Не напоминает ли вам это происходившее в генетике? В конце концов, каждый знал, что существует наследственность и что существует ДНК, и до того, как Уотсон и Крик сопоставили эти факты. Возможно, крупные прорывы попросту назревают, накапливаются. В то же время — и, на мой взгляд, это важно — кому-то надо было выйти вперед и сделать что-то для подтверждения или опровержения тех идей, а не только бесконечно обсуждать их. Для меня несомненно, что Майерс и Сперри засучили рукава и превратили разговоры в экспериментальные данные.

Я встретил Майерса спустя годы на конференции, где представлял результаты работы по расщепленному мозгу на людях, а он рассказывал о некоторых своих анатомических исследованиях, выполненных на шимпанзе. Я очень хотел познакомиться с ним, поскольку осознавал его ключевую роль в истории исследований расщепленного мозга и развитии этого направления. Как ученый он однозначно заслужил уважение коллег, и наука о мозге многим ему обязана.

Это не значит, что он был исключительно положительным персонажем. После моего выступления он стал брюзжать, что, мол, «странный случай из медицинской практики» не имеет особого значения, что это было странное последствие исходной эпилепсии и так далее. Я был ошеломлен и фактически потерял дар речи. Но постепенно до меня стало доходить: сферы влияния — это главное, а я вступил в его сферу влияния, его вотчину, даже несмотря на то, что продолжал его работу на других видах и к тому времени наши исследования на людях уже прошли проверку коллег в нескольких рецензируемых журналах. Мне преподали очередной урок о разнице между учеными и наукой. Помню, я еще размышлял: все ли производители интеллектуальной собственности неизбежно становятся такими? Есть ли какая-то разница между художником, ученым, каменщиком? Стану ли я таким? Не забыть бы проверить…

Подробнее читайте:
Газзанига, Майкл. Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке / Майкл Газзанига; пер. с англ. Юлии Плискиной, Светланы Ястребовой. — Москва: Издательство АСТ: CORPUS, 2021. — 416 с. (Книги Политеха).