Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Нейроны Зазеркалья

Часть головного мозга человека работает одинаково при выполнении действий и при наблюдении за тем, как эти действия выполняют другие

  
Кому не захочется зевнуть при взгляде на эту картинку? Зеркальные нейроны, делающие зевоту «заразной», играют ключевую роль в работе сознания. Фото (Creative Commons license): liluland

Вы никогда не задумывались почему, когда мы видим зевающего человека, мы сами начинаем зевать? Или, например, заметив, как кто-нибудь чешется, мы тоже испытываем желание почесаться? Почему мы щуримся, когда видим, что кто-то безуспешно пытается вдеть нитку в иголку, и напрягаем мышцы, увидев неожиданное падение какого-нибудь человека? По какой причине мы начинаем тереть глаза, когда по телевизору показывают хирургическую операцию на роговице? Из-за чего мы морщимся и сжимаем руку в кулак, когда кто-то со всей силы ударяет себя молотком по пальцу?.. 

Оказывается, что подобные «детские» вопросы не так-то просты, как может показаться на первый взгляд. И поиск ответа на них приводит к полному переосмыслению известных принципов работы головного мозга, что, в свою очередь, может дать решение таких, казалось бы, неразрешимых проблем, как появление речи, возникновение галлюцинаций, причины аутизма и шизофрении. Однако начнём по порядку…

Зеркальный мозг

А причиной всему были осколки зеркала, что попали ему в глаз и в сердце. Потому-то он передразнивал даже миленькую маленькую Герду, которая любила его всем сердцем.
Г. Х. Андерсен. Снежная королева

В 1996 году в престижном научном журнале «Cognitive Brain Research» была опубликована статья «Премоторная кора и узнавание моторных действий» (Premotor cortex and the recognition of motor actions), которую написали итальянские учёные Джакомо Ридзолатти (Giacomo Rizzolatti), Лучано Фадига (Luciano Fadiga), Леонардо Фогасси (Leonardo Fogassi) и Витторио Галлезе (Vittorio Gallese). Эти исследователи из университета города Парма (Universita` degli Studi di Parma) проводили эксперименты на макаках, у которых в нижнюю часть лобной коры (область F5) были вживлены электроды. 

  
Воспитанники и воспитанницы знаменитой исследовательницы поведения шимпанзе Джейн Гудолл (Jane Goodall) во всем стараются ей подражать. Фото: Jane Goodall 
Первоначально исследователи хотели лучше изучить работу уже давно известных так называемых командных нейронов, активирующихся только при выполнении обезьяной определённых действий (например, собирание предметов, захват рукой различных объектов и т.п.). Однако неожиданно для себя эти учёные обнаружили, что нейроны, которые начинают разряжаться при выполнении обезьяной определённого действия, активируются и тогда, когда обезьяна просто видит, как кто-то другой выполняет это же самое действие (причём именно действие, а не просто движение). Например, когда макака хватает лежащий перед ней на столе арахис и запихивает его в рот, то при помощи вживлённых электродов можно обнаружить, что в премоторной коре её мозга начинает давать разряды определённый нейрон. При выполнении же обезьяной любых других действий активации этого нейрона не наблюдается. Однако в ситуации, когда эта макака пассивно сидит и видит, как арахис со стола берёт и съедает уже другая обезьяна, то в её мозге удивительным образом начинает разряжаться этот же самый нейрон, как будто это она сама выполнила это действие.

Открытие таких необычных нейронов, которые получили название «зеркальные», произвело настоящий фурор в научной среде. В последующие годы были проведены многочисленные проверки, которые подтвердили, что такие нейроны действительно существуют в мозге обезьян. 

После этого сразу возник вопрос, а есть ли подобные нейроны в мозге человека? На людях эксперименты Ридзолатти никто пока так и не повторил: найти здоровых добровольцев, желающих, чтобы им в нейроны премоторной коры вживили электроды, не так-то просто. Однако косвенные проверки при помощи значительно более безопасных для испытуемых методов исследования мозга провести всё-таки удалось. При помощи функциональной магнитно-резонансной и позитронно-эмиссионной томографии, а также магнито- и электроэнцефалографии несколько независимых исследовательских групп подтвердили существование в коре головного мозга областей, которые активируются как при выполнении человеком определённых действий, так и тогда, когда этот человек просто смотрит или воображает, как эти действия выполняет кто-то другой. 

Также было показано, что кроме премоторной и нижнетеменной коры, зеркальные нейроны имеются и в других частях коры головного мозга человека (например, в поясной извилине и островке), и они могут принимать участие в таких сложных формах эмоционального поведения, как сопереживание.

Мозговая основа сопереживания

Способность человека распознавать и предугадывать действия других людей ещё совсем недавно, в конце XX века, как правило, объяснялась тем, что мозг выстраивает сложные причинно-следственные связи, по сути решая каждый раз чисто логические задачи. К примеру, предполагалось, что когда боксёр видит напряжение руки его соперника, оценивает степень напряжения других его мышц, замечает начало движения руки, экстраполирует её движение в будущее, извлекает из долговременной памяти контекст ситуации, то в итоге его мозг приходит к выводу, что сейчас будет нанесён удар. Не кажется ли вам, что это объяснение, всё-таки, слишком сложно? 

  
Успешность боксера в немалой степени зависит от того, насколько своевременно и точно он поймет действия противника. А последнее вполне возможно именно потому, что зеркальные нейроны в головах обоих сработают совершенно одинаково. Фото (Creative Commons license): Marshall Astor

Открытие зеркальных нейронов позволило дать значительно более простое объяснение тому, почему мы так быстро и легко, в большинстве случаев, понимаем действия окружающих. Предполагается, что, когда мы видим движение другого человека, у нас в мозгу включаются те же нейроны, которые работают, когда мы сами совершаем подобное действие. В результате мы фактически чувствуем, что делает другой человек, и, соответственно, можем предсказывать продолжение его начавшихся действий и их цели, не производя никаких сложных логических вычислений. Если вернуться к примеру с боксёром, то нейроны его мозга воспроизводят увиденные неприметные движения его соперника, и, тем самым, создают в его теле напряжения, свойственные ему, когда нападает он сам. 

Здесь можно было бы поставить точку, так как, думаю, уже ясно, что именно работой зеркальных нейронов и объясняются все эти многочисленные примеры предсказуемого поведения с зеванием, почёсыванием, напряжением мышц и т.п., приведённые в начале статьи. Однако точку ставить всё-таки ещё рано, так как история на этом не заканчивается. Дело в том, что открытие зеркальных нейронов привело и к другим не менее интересным открытиям.

Истоки человеческой речи

Область F5 (area F5) мозга обезьян, где впервые были обнаружены зеркальные нейроны, соответствует полю 44 коры головного мозга человека. В этом поле у людей также есть зеркальные нейроны, так как различные эксперименты подтвердили, что, когда люди видят или представляют движения рук и лицевой мускулатуры, у них активируется именно эта область. Однако поле 44 доминантного (как правило, левого) полушария интересно не только этим. В нём (а также в расположенном рядом поле 45) находится так называемая зона Брока (открытая, кстати, ещё в XIX веке), которая является центром моторного компонента речи. При поражении этой области коры человек теряет способность произносить слова, хотя продолжает понимать как устную, так и письменную речь.

Этот факт не прошёл незамеченным, и в скором времени появились теории, связывающие речь и зеркальные нейроны. Наиболее известна теория, предложенная Ридзолатти и М. Арбибом (Michael A. Arbib). Эти исследователи предположили, что членораздельная речь у первобытных людей возникла не внезапно в результате случайных макромутаций, как считалось ранее, а в результате постепенного эволюционного процесса

Согласно этим исследователям, область F5 коры головного мозга обезьян, первоначально отвечавшая за движения рук и мышц лица, благодаря присутствию в ней зеркальных нейронов, которые позволяют имитировать действия других и понимать смысл этих движений, стала в ходе эволюции постепенно изменяться. Сначала эта область позволила первобытным людям общаться на протоязыке при помощи исключительно мимики, жестов и примитивных звуков. Затем область F5 продолжила эволюционировать и превратилась в зону Брока, которая стала центром регуляции голосовой речи. Фактически, согласно этой теории, именно благодаря тому, что в мозге вида Homo sapiens имелись зеркальные нейроны, этот вид смог овладеть речью и создать цивилизацию. 

  
Так выглядит зеркальный нейрон здорового человека. Фото: NIH

Дефекты зеркал

Но что будет, если зеркальные нейроны перестанут работать или будут работать неправильно? В 2000 году известный нейрофизиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего Вилаянур Рамачандран (Vilayanur S. Ramachandran) предположил, что именно нарушение работы зеркальных нейронов является причиной детского аутизма — нарушения, от которого страдают, в среднем, два ребёнка на тысячу детей. 

Аутичные дети стараются отгородиться от внешнего мира и не устанавливать никаких отношений с другими людьми. Хотя их речь сохранна, они практически всегда молчат, но, в отличие от немых, они даже не пытаются объясняться при помощи мимики и жестов. Также аутичные дети не могут воспроизвести действия других людей. 

Для того, чтобы продемонстрировать нарушение функций зеркальных нейронов у детей с аутизмом, Рамачандран воспользовался электроэнцефалографией. Ещё в 1952 году был обнаружен ритм мозга на частоте 7–11 Гц, волны которого были похожи на греческую букву «мю». Главной особенностью этого ритма, который так и назвали «мю-ритм», было то, что он исчезал каждый раз, когда человек совершал любое произвольное движение. Позже было показано, что этот ритм исчезает и в том случае, когда, испытуемый наблюдает, как то же самое действие совершает другой человек. 

Рамачандран предположил, что реакцию подавления мю-волн можно использовать в качестве простого, надежного и безопасного инструмента для изучения активности зеркальных нейронов. Оказалось, что у аутичных детей, как и у здоровых, мю-ритм блокируется, когда они совершают произвольные движения. Однако в том случае, когда аутичный ребёнок наблюдал за выполнением того же движения другим человеком, подавления мю-волн не происходило. На основании этого Рамачандран заключил, что система моторных командных нейронов у аутичного ребенка оставалась целой и невредимой, но функции его системы зеркальных нейронов были нарушены. 

  
Беда человека, страдающего аутизмом, в том и состоит, что, наблюдая за зевающим, он не хочет зевнуть сам. Различия в активности зеркальных нейронов ребенка при выполнении какого-либо действия и при наблюдении за выполнением этого действия другими позволит диагностировать это тяжелое заболевание на самой ранней стадии. Фото: Lindsay Oberman
Если гипотеза Рамачандрана действительно верна, то при помощи простой регистрации мю-ритма можно будет диагностировать аутизм на самых ранних стадиях. Тем самым, возможно, удастся помочь таким детям, начав терапию этой болезни ещё до того, как проявятся её основные симптомы. 

Система управления зеркалом

Очевидно, что у зеркальных нейронов, так же, как и у остальных функциональных систем мозга, должна быть своя система управления. При активации зеркальных нейронов именно эта система должна отличать собственные движения от чужих, свою речь от чужой, свои эмоции и чувства от эмоций и чувств других людей. Также эта система должна тормозить слишком сильное или нежелательное отражение. Например, если кто-то зевает, то мы, заметив это, как правило, тоже зеваем, но в случае, если это происходит в месте, где зевать крайне не желательно (например, на собрании или в гостях за столом),  мы можем сдержать это своё желание.

А что произойдёт, если эта система нарушится? Что будет, если мы перестанем контролировать работу зеркальных нейронов? И хотя существование системы контроля зеркальных нейронов пока ещё окончательно не доказано, и она является исключительно предположением, но давайте ради интереса всё-таки рассмотрим этот вопрос.

В случае какого-либо дефекта этой системы мы, вероятно, потеряем возможность тормозить зеркальные нейроны и не поддаваться их сигналам, а как результат мы начнём постоянно имитировать других людей. Если кто-то рядом с нами выполнит какое-то движение, то мы начнём повторять его; если кто-нибудь начнёт говорить, то мы начнём вслух повторять за ним его же слова, не обращая внимания на то, что это выглядит довольно глупо. В психиатрической практике эти симптомы давно известны и носят названия, соответственно, эхопраксия (echopraxia) и эхолалия (echopraxia). Причём эти симптомы, как правило, характерны для такого заболевания, как шизофрения.

В настоящее время считается, что шизофрения возникает из-за нарушения работы префронтальной коры. И действительно, при поражении этой области мозга наблюдаются многие симптомы, характерные для шизофрении — бездеятельность, эмоциональная тупость и регресс поведения. Однако для шизофрении характерны и так называемые «продуктивные симптомы», а именно бред и галлюцинации, которые одним лишь нарушением префронтальной коры объяснить невозможно. Если мы предположим, что причиной шизофрении является нарушение пока гипотетической системы, управляющей зеркальными нейронами, то многие симптомы этой болезни получают своё объяснение. 

Так, при шизофрении часто наблюдаются слуховые галлюцинации — больной слышит различные голоса. Они могут вслух повторять его мысли, могут комментировать все его действия, а могут спорить друг с другом. Очевидно, что в данном случае происходит ошибка в интерпретации работы зеркальных нейронов и человек воспринимает свою собственную внутреннюю речь как речь чужую, внешнюю. Понятно, что если постоянно слышишь голоса, которые повторяют твои мысли, то рано или поздно разовьётся бред преследования, характерный для шизофрении. Больному начнёт казаться, что кто-то постоянно читает его мысли.

  
Поле 44 (выделено на модели мозга человека красным) активизируется и при выполнении действия, и при наблюдении за выполнением его другими. В последнем случае возбуждение в поле особенно высоко, если наблюдаемое действие совпадает с собственными намерениями наблюдателя. Фото: Marco Iacoboni/Ahmanson-Lovelace Brain Mapping Center at UCLA

Мало того, ситуация начнёт усугубляться тем, что любые обрывки чужой речи, которые попали в сферу сознания больного, из-за того, что не работает система управления зеркальными нейронами, начинают восприниматься как собственная внутренняя речь. Соответственно, человеку начинает казаться, что некоторые таинственные силы влияют на его мысли. Вот несколько типичных высказываний таких шизофреников: «Я думала о моей матери, но внезапно мои мысли были удалены из моего сознания при помощи френологического вакуум-экстрактора, в моём сознании ничего не осталось» или «Он использовал моё сознание как экран и послал в него свои мысли, как вы рисуете картину».

Аналогичная ситуация происходит с движениями и эмоциональными реакциями. Классический шизофренический бред внедрения эмоций и навязчивых движений («Это не мне плохо, просто они внедряют ощущение несчастья в мой мозг. Они заставляют меня смеяться без причины», «Это приходит ко мне из отдела рентгеновских лучей и не имеет ко мне никакого отношения, этого хотят они, поэтому я беру бутылку и пью из неё», «Это моя рука и её кисть двигаются, мои пальцы берут ручку, но я не управляю ими. То, что они делают, не имеет ко мне никакого отношения» и т.п.) также можно объяснить дефектом системы управления зеркальными нейронами. В частности, эта система недостаточно тормозит слишком сильное отражение в зеркальных нейронах, находящихся в премоторной и поясной коре, что и приводит к тому, что стоит больному только вообразить или заметить какие-либо действия или эмоции, как он сразу это всё выполняет, как ему кажется, против своей воли… 

Впрочем, предположение о причастности зеркальных нейронов к развитию шизофрении потребует, конечно, дополнительной проверки. Однако если оно окажется верным, то, возможно, в скором времени появятся простые методы диагностики и лечения этой исключительно человеческой болезни.

Что же дальше?

Если действительно допустить, что благодаря развитию «зеркальных» нейронов обезьяна научилась понимать других обезьян, смогла с ними общаться, овладела речью и за счёт этого обрела сознание и назвала себя человеком, то возникает вопрос, что же дальше? Различные исследования свидетельствуют, что некоторые гены, влияющие на развитие мозга, продолжают эволюционировать до сих пор. Если предположить, что «зеркальные» нейроны продолжат свою эволюцию, то к чему это приведёт? Сказать наверняка, конечно, нельзя, но вероятно благодаря развитию таких нейронов люди далёкого будущего будут настолько хорошо уметь различать и интерпретировать мельчайшие движения, интонации и мимику других людей, что современному человеку они покажутся настоящими телепатами, а мы им — примитивными обезьянами…

В любом случае, нам остаётся лишь подождать, чтобы узнать, какие ещё открытия преподнесут эти маленькие зеркальные нервные клеточки…

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

 

Станислав Козловский, 05.10.2007

 

Новости партнёров