Когнитивные функции базальных ганглиев
Когнитивные функции базальных ганглиев
Поступив в 1972 году в аспирантуру к Наталье Петровне, я стал читать книги по физиологии мозга и был несколько обескуражен почерпнутой информацией. Дело в том, что клинические наблюдения, доступные к тому времени, однозначно указывали, что базальные ганглии вовлечены в контроль движений. Нарушения этих подкорковых областей мозга были отмечены при болезни Паркинсона (связанной, прежде всего, с ограничением двигательной активности) и при болезни Гантингтона (связанной с появлением непроизвольных движений). Таким образом, классическая концепция о двигательной функции базальных ганглиев была доминирующей в 1960– 1970-х годах. Базальные ганглии назывались тогда элементами экстрапирамидной системы, поскольку отмечались два типа двигательных нарушений: синдром нарушения пирамидного тракта, характеризующийся параличом и спастичностью, и так называемый экстрапирамидный синдром, характеризующийся непроизвольными движениями, мышечной ригидностью и неподвижностью без паралича. Для лечения болезни Паркинсона использовалось лекарство леводопа – предшественник медиатора дофамина, модулирующего переработку информации в базальных ганглиях. В тех случаях, когда лекарства не помогали, использовались стереотаксические операции по разрушению определенных областей в тех же базальных ганглиях.
Мне как начинающему нейрофизиологу было трудно увязать эти данные с основной темой наших исследований – поиском мозговых коррелят мыслительной деятельности при исследовании показателей жизнедеятельности мозга, регистрируемых с электродов, вживляемых в базальные ганглии и таламус. Но Наталья Петровна очень доходчиво мне все объяснила. Во-первых, при нарушении базальных ганглиев страдают не только движения, но и когнитивные функции. Вовторых, мысль, по выражению Сеченова, – это неосуществленное движение. В-третьих, уже первые исследования, проводимые в отделе нейрофизиологии человека, показали, что базальные ганглии вовлечены не только в движения, но и в более сложные функции.
Так, в конце шестидесятых годов Наталья Петровна впервые предложила своему ученику А. С. Трохачеву начать регистрацию активности нейронов с вживленных электродов. Свою книгу об этом параметре он посвятил своему учителю Н. П. Бехтеревой.
Наталья Петровна любила повторять, что ученый, как и хороший артист, должен ставить перед собой сверхзадачу, такую, например, как расшифровка кода мыслительной деятельности. Отстаивая эту позицию, она не всегда находила понимание даже в созданном ею отделе нейрофизиологии человека. Ставя задачу исследования когнитивных функций базальных ганглиев, она поначалу предложила эту тему своему ближайшему сотруднику Владимиру Васильевичу Усову – человеку с инженерным образованием, который, казалось бы, был лишен условностей физиологической науки.
Однако Владимир Васильевич оказался не в состоянии найти правильное решение задачи. Вместо решения сверхзадачи он предложил выбрать более простую задачу, такую как управление движением, а уже потом приступить к более сложной задаче. Таким образом, решение проблемы отодвигалось на неопределенное (и достаточно большое) время.
Да, Наталья Петровна любила ставить большие задачи, она была архитектором. Именно поэтому она настойчиво искала людей, которые могли бы помочь ей в решении намечаемых ею грандиозных проблем. Она обладала большим талантом в нахождении нужных людей. Таким человеком на тот период оказался Павел Владимирович Бундзен – молодой кандидат биологических наук, работавший тогда в отделе экологической физиологии и занимавшийся проблемами адаптации человека в условиях Антарктиды.
По совету Натальи Петровны Павел Владимирович начал подбирать себе группу из исследователей с различным образованием и различными качествами. Это были В. Н. Малышев, художественно-одаренный и романтически настроенный биолог, П. Д. Перепелкин, способный инженер, который с самого начала был настроен на поиск компьютерных возможностей решения проблемы, и Ю. Л. Гоголицын, физик-теоретик, только что окончивший Ленинградский государственный университет и мечтавший решить проблему кода мыслительной деятельности. (Напомню, что в раскрытии генетического кода в 1960-х годах ключевую роль сыграл английский физик Френсис Крик.) Несколькими годами позже к этой группе подключился и я, автор этой статьи.
Уже в те годы были ясно, что вскрыть код мыслительной деятельности без адекватных методов обработки данных невозможно. Точно так же, как и невозможно было решать эту задачу без современных компьютеров, позволяющих переработать огромное количество информации, получаемой в длительных нейрофизиологических исследованиях. Группа начинала работать на компьютере «Минск-32». Тогда компьютеры назывались электронно-цифровыми вычислительными машинами (ЭЦВМ). ЭЦВМ «Минск-32» занимала в Институте экспериментальной медицины бо льшую часть первого этажа здания на Кировском проспекте, как раз под помещениями, где тогда находился отдел нейрофизиологии человека, возглавляемый Натальей Петровной. Числовые данные вводились на перфолентах. Это отнимало много времени, поэтому работали мы в ночное время. Приходили в машинный зал в 6 часов вечера и уходили в 9 часов утра. Нехватка вычислительных ресурсов с лихвой покрывалась энтузиазмом людей, работавших с Натальей Петровной над проблемой мозгового кода мыслительной активности.
Надо сказать, в те годы не все складывалось гладко. Наталье Петровне приходилось решать не только суперсложные научные проблемы, но и преодолевать инертность мышления в научных кругах. В лучшем случае эта инертность выражалось в непонимании или в нежелании понять, в худшем – сопровождалась активной конфронтацией. Так, я вспоминанию спор, начатый В. Мещеряковым о возможных кодах в импульсной активности нейронов. Он написал статью, в которой критиковал исследования Н. П. Бехтеревой. Мы вынуждены были написать ответную статью, в которой сформулировали свои представления и привели огромное количество собственных исследований и исследований на обезьянах, подтверждающих наши представления.
В месте с тем все мы ощущали ограниченность избранного нами подхода. Мы нуждались в методах, с одной стороны, используемых в экспериментах на животных, а с другой стороны, позволяющих вычислять статистическую значимость обнаруженного события на одном отдельном испытуемом.
Вместе с Ю. Л. Гоголицным мы пытались найти адекватное решение этой нетривиальной задачи. Перерыли огромное количество литературы, доступной в то время. Интернета тогда еще не было, поэтому информацию приходилось добывать по крупицам из копий научных статей, отксерокопированных в зарубежных командировках, из научных журналов в Публичной библиотеке и Библиотеке Академии наук. Наталья Петровна всегда привозила из зарубежных поездок свежие научные статьи и книги, которые мы, не избалованные информацией, с жадностью проглатывали. Помогали и многочисленные зарубежные конференции, устраиваемые Натальей Петровной, и посещения зарубежных ученых, которых приглашала Наталья Петровна и которые с удовольствием приезжали посмотреть на диковинные исследования, проводимые в Советском Союзе.
Среди ученых, посетивших отдел, были такие известные специалисты, как Грэй Уолтер и Джон Грузелье из Англии, Росс Эшби, Джони Ойжеман, Эрик Халгрен, Карл Прибрам и Рой Джон из США, Давид Ингвар и Виден из Швеции, Вольф Кайдел и Эдуард Дэвид из Германии, Лайтинен и Ристо Наатанен из Финляндии и многие, многие другие.
Вспоминаю приезд Роя Джона. Авиакомпания «Пан Америкен» потеряла его багаж, и Наталье Петровне пришлось на свои деньги купить ему теплые вещи, поскольку была зима и температура опустилась ниже 20 градусов мороза. В те годы Рой Джон пытался понять механизмы извлечения из памяти в экспериментах на кошках. Он изучал так называемые перистимульные гистограммы, которые получались накоплением реакций нейронов на сенсорные стимулы в течение длительного времени при повторении одних и тех же условий эксперимента. Эксперимент заключался в выработке условных реакций у кошек в ответ на зрительные стимулы. Хотя Рой Джон слыл коммунистом и активно принимал участие в создании Центра нейронаук в Гаване, его статьи печатались в самых престижных журналах, а его методология нейрометрики была восторженно встречена мировой научной общественностью. Для того чтобы наши работы можно было сравнивать с аналогичными исследованиями на животных, мы решили применить нейрометрику в наших исследованиях.
Результаты не заставили себя ждать: мы стали беспрепятственно публиковать наши данные за рубежом. Интересно, что одно из научных издательств решило даже перевести написанную Натальей Петровной со своими учениками книгу на английский язык. Увы, материальные сложности, возникшие с перестройкой, не позволили завершить этот труд.
В 1980 году Наталье Петровне удалось достать фонды для покупки французского миникомпьютера «Плиримат-С». Это был огромный шаг вперед, поскольку бо?льшую часть получения и обработки данных эта машина могла взять на себя. Необходимо было только создать такую компьютерную систему ввода и обработки данных. Эту задачу нужно было решать с нуля, поскольку до нас подобные задачи никем не решались, и соответствующие компьютерные программы, естественно, не могли быть поставлены вместе с «железом». Через год эту задачу выполнили математик С. В. Пахомов, физик Ю. Л. Гоголицын и автор этой статьи. Здесь сказалось гениальное предвидение Натальи Петровны, которая опиралась в решении проблемы нейронного кода мышления прежде всего на представителей точных специальностей, справедливо считая, что любую сверхзадачу можно решить только совместными усилиями специалистов из различных областей науки.
Новая методология потребовала и новых психологических тестов. Надо отметить, что Наталья Петровна уделяла тестам особое внимание. Умно составить тест, с ее точки зрения, было половиной решения задачи. Именно для этих целей в нашу группу был приглашен психолог В. Б. Нечаев. Вместе с Ю. Л. Гоголицыным они заложили основы нейролингвистики – набор психологических тестов и методов обработки данных для ответа на вопрос о механизмах переработки речевых сигналов в мозгу человека.
Другим направлением стало исследование нейрофизиологических механизмов зрительного опознания. Наталья Петровна понимала, что без опоры на эксперименты на животных эту задачу не решить. Она способствовала контактам с Институтом физиологии человека и, в частности, с руководителем лаборатории физиологии зрения Вадимом Давидовичем Глезером. В 1985 году Глезер опубликовал свою монографию «Зрение и мышление».
Для решения задачи о механизмах зрительного опознания мною был предложена идея предъявлять стимулы с помощью специального светодиодного устройства, управляемого компьютером. Это позволило предъявлять стимулы на очень короткие экспозиции, такие, что примерно в половине случаев стимулы не опознавались (хотя и воспринимались) испытуемыми. Подбор экспозиции осуществлялся индивидуально для каждого больного с вживленными электродами.
В приведенных выше тестах мы увидели, что наряду с нейронами, реагирующими на движения или на мысли о движении, в базальных ганглиях встречалось достаточно большое число нейронов, которые реагировали на внешние сенсорные стимулы. Стало ясно, что эти нейроны отражают в своей вызванной активности внешние события, такие как предъявления зрительных и слуховых сигналов. Нам также удалось показать, что если ранние компоненты вызванной активности таких нейронов кодировали физические свойства стимулов, то поздние компоненты отражали их смысловые характеристики. Например, в ряде нейронов эти поздние ответы наблюдались только в случаях, когда больной опознавал зрительный стимул, предъявляемый на пороге опознания. Отсутствие поздних реакций нейронов на стимулы, которые воспринимались испытуемыми («Я что-то видел»), но не идентифицировались («Не могу сказать, что»), свидетельствовали о том, что эти реакции кодировали смысловые характеристики стимулов.
Эти исследования были представлены в заявке на открытие, поданной нами в Бюро по рассмотрению заявок на открытия при Совете Министров СССР (авторы Н. П. Бехтерева, П. В. Бундзен, Ю. Л. Гоголицын, Ю. Д. Кропотов). В 1989 году заявка была зарегистрирована, и мы получили дипломы на открытие.
Интересно, что это событие по времени совпало с публикацией в зарубежной печати целой серии работ по исследованию функций базальных ганглиев у животных, выполненных группой авторов под руководством Александера. Сейчас эти работы считаются классическими. Ссылки на эти работы можно найти в любой современной статье о базальных ганглиях. На работы Натальи Петровны, выполненные на человеке!!! ссылки весьма редки.
Революционное изменение взглядов на функцию базальных ганглиев можно увидеть на примере нескольких последовательных изданий «библии» для нейрофизиологов, книги под редакцией нобелевского лауреата Эрика Кандела «Принципы нейронаук». Так, если в третьем издании этого коллективного труда была представлена только классическая точка зрения, то в следующем, четвертом, издании появилась статья Александера, которая представила новую точку зрения на базальные ганглии. К сожалению, цитат на работы Н. П. Бехтеревой в этой статье не оказалось, но от этого открытие, сделанное Натальей Петровной за несколько лет до исследований на животных, не перестает быть открытием.
Когда-то Наталья Петровна сказала, что некоторые неординарные открытия претерпевают три стадии. Сначала никто не считает, что данной проблемой нужно заниматься, потому что она кажется абсурдной. Потом говорят, что все полученные данные представляют собой полную чушь. И только спустя какое-то время, когда другие лаборатории повторят эксперименты, начинают говорить: так и должно быть, а как же иначе. Большинство открытий, сделанных Натальей Петровной, постигла именно эта участь.
В воспоминании о Великом Учителе я попытался описать события, участником которых мне посчастливилось быть. Такими они спустя много лет представляются мне сейчас. Возможно, другие видели эти события в иной перспективе. Мне хотелось показать, что путь в науке у Натальи Петровны не был легким, как и не была легкой ее жизнь, в которой были и детдом, и расстрел отца, и война, и блокада, и смерть близких людей… Как сама Наталья Петровна называла свой путь – «Через тернии к звездам».
Данный текст является ознакомительным фрагментом.