Фантомы мозга

Так я познакомился с Томом. Я немедленно позвонил ему и спросил, не хочет ли он поучаствовать в исследовании. Изначально застенчивый и сдержанный, Том вскоре проникся нашей идеей и охотно участвовал в экспериментах. Я не говорил ему, что́ именно мы надеялись найти, чтобы случайно не исказить его ответы. Несмотря на то что его мучил «зуд» и боль в фантомных пальцах, он не унывал и, по-видимому, был рад, что вообще выжил.

Как только Том удобно устроился в моей лаборатории, я надел ему на глаза повязку, взял обычную ватную палочку и начал поглаживать различные части его тела, спрашивая, что он чувствует. (Мой аспирант, который наблюдал за всем этим действом, должно быть, подумал, что я сошел с ума).

Я погладил Тома по щеке.

– Что вы чувствуете?

– Вы трогаете мою щеку.

– Что-нибудь еще?

– Знаете, это забавно, – сказал Том. – Вы трогаете мой отсутствующий большой палец, мой фантомный большой палец.

Я коснулся ватной палочкой его верхней губы.

– А здесь?

– Вы прикасаетесь к моему указательному пальцу. И к моей верхней губе.

– Правда? Вы уверены?

– Да, я чувствую это в обоих местах.

– А тут?

Я погладил его нижнюю челюсть марлевым тампоном.

– Это мой недостающий мизинец.

Вскоре я составил полную карту фантомной руки Тома – она оказалась на его лице! То, что я наблюдал, возможно, является прямым перцептивным коррелятом реорганизации (переделки) карты мозга, которую Тим Понс отмечал у своих обезьян. А иначе как объяснить, почему прикосновение к области, расположенной так далеко от культи – а именно, к лицу – вызывает ощущения в фантомной руке? Секрет заключается в особенностях представления частей тела на поверхности мозга: на карте мозга лицо находится рядом с рукой[21].

Я продолжал эту процедуру, пока не изучил всю поверхность тела Тома. Когда я касался его груди, правого плеча, правой ноги или поясницы, он сообщал об ощущениях только в этих местах, но не в фантоме. Постепенно я отыскал вторую, прекрасно вычерченную «карту» отсутствующей руки – она была наложена на его левое плечо в нескольких сантиметрах выше линии ампутации (рис. 2.2). Поглаживание поверхности кожи на этой второй карте так же вызывало точно локализованные ощущения на отдельных пальцах: прикосновение – и Том говорит: «Ой, это мой большой палец», и так далее.

Рис. 2.2

Точки на поверхности тела, прикосновение к которым, по словам пациента, вызывало ощущения в фантомной руке (левая рука была ампутирована за десять лет до обследования). Обратите внимание на полную карту всех пальцев (цифры 1–5) на лице и на вторую карту на плече. Сенсорный вход от этих двух участков кожи теперь, по-видимому, активирует область руки в мозге (либо в таламусе, либо в коре). Таким образом, когда к этим точкам прикасаются, кажется, что ощущения одновременно возникают и в ампутированной руке.

Но почему две карты, а не одна? Если вы снова посмотрите на карту Пенфилда, вы увидите, что зона кисти ограничена снизу зоной лица, а сверху – зоной верхней части руки и плеча. После ампутации сигналы от кисти прекратились и сенсорные волокна из области лица вторглись на освобожденную территорию руки. Именно поэтому, когда я касался лица Тома, ощущения возникали как на лице, так и в фантомной руке. Но если в зону кисти прорастают и те сенсорные волокна, которые обычно иннервируют область над ней (то есть волокна, которые идут от верхней части руки и плеча), то ощущения в фантомной руке должно вызывать и прикосновение к точкам в верхней части руки. И действительно, я смог отыскать такие точки чуть выше культи. Этого и следовало ожидать: ощущения в фантоме вызывает один кластер точек на лице и один кластер на верхней части руки, соответствующие двум частям тела, которые представлены с обеих сторон (выше и ниже) зоны кисти[22].

В науке (особенно неврологии) редко бывает так, что вы можете сделать такой простой прогноз и подтвердить его уже через несколько минут с помощью обыкновенной ватной палочки. Существование двух кластеров точек убедительно свидетельствует о том, что реорганизация карты мозга, которая наблюдалась у обезьян Понса, происходит и в мозге человека. Однако меня по-прежнему мучили сомнения: как мы можем быть уверены, что такие изменения действительно возможны – что карта в самом деле меняется у таких людей, как Том? Чтобы получить прямое доказательство, мы прибегли к магнитоэнцефалографии (МЭГ) – современной методике нейровизуализации, которая позволяет регистрировать изменения в магнитном поле, обусловленные электрической активностью коры в ответ на прикосновение к различным частям тела. Главное преимущество этого метода заключается в его неинвазивности: вам не нужно вскрывать череп пациента, чтобы заглянуть в его мозг.

С помощью МЭГ всего за два часа можно составить карту мозга любого человека, изъявившего желание сесть под магнит. Неудивительно, что полученная карта очень похожа на гомункулуса Пенфилда (индивидуальные вариации в общем расположении карты крайне малы). Однако, обследовав четырех пациентов с ампутацией верхних конечностей, мы обнаружили, что карты сильно изменились – точь-в-точь как мы и предсказывали. Например, взглянув на рисунок 2.3, вы увидите, что зона кисти в правом полушарии (заштрихована) захвачена сенсорными сигналами от лица (показаны белым) и верхней части руки (показаны серым). Эти наблюдения, которые мне удалось сделать в сотрудничестве с аспирантом Тони Янгом и неврологами Крисом Галленом и Флойдом Блумом, стали первой в истории непосредственной демонстрацией крупномасштабных изменений в организации мозга у взрослых людей.

Рис. 2.3

Магнитоэнцефалограмма, наложенная на изображение, полученное методом магнитного резонанса (вид сверху). Правая рука пациента ампутирована ниже локтя. В правом полушарии наблюдается нормальная активация областей коры, связанных с кистью (заштрихована), лицом (показана черным) и верхней части руки (показана белым). В левом полушарии активность в области, соответствующей ампутированной правой кисти, отсутствует. Активность, вызванная прикосновениями к лицу и верхней части руки, теперь «распространяется» и на эту зону.

Последствия такого открытия поистине ошеломляющие. Прежде всего, оно предполагает, что карты мозга могут меняться, причем с поразительной быстротой. Это находка категорически противоречит одной из наиболее общепринятых догм в неврологии, согласно которой связи во взрослом мозге носят фиксированный характер. До сих пор считалось, что эта схема, включая карту Пенфилда, закладывается в ходе внутриутробного развития или в раннем младенчестве и во взрослом возрасте практически не поддается модификации. Более того, предполагаемое отсутствие пластичности во взрослом мозге часто приводят в качестве основной причины столь незначительного восстановления функции после повреждения мозга и общих сложностей в борьбе с неврологическими заболеваниями (последние, как известно, с трудом поддаются лечению). И тем не менее данные, полученные в ходе обследования Тома, показывают – вопреки всему, что написано в учебниках, – что новые, высокоточные и функционально эффективные пути могут возникать во взрослом мозге уже через четыре недели после травмы. Разумеется, отсюда не следует, что новые революционные методы лечения неврологических синдромов появятся мгновенно, но наше открытие дает некоторые основания для оптимизма.

Во-вторых, наши наблюдения могут объяснить само существование фантомных конечностей. Наиболее популярное медицинское объяснение заключается в том, что нервы, которые когда-то обеспечивали кисть, начинают иннервировать культю. Более того, поврежденные нервные окончания образуют небольшие скопления рубцовой ткани – невромы, – которые бывают очень болезненными. При раздражении, гласит теория, невромы посылают импульсы в первоначальную зону кисти в мозгу, заставляя мозг думать, будто рука все еще существует: отсюда фантомная конечность и боли. На самом деле многие врачи до сих пор верят в то, что основная причина фантомных болей – неврома.

21

Ramachandran et al., 1992a, b; 1993; 1994; 1996. Ramachandran, Hirstein & Rogers-Ramachandran, 1998.

22

Многие исследователи замечали (Weir Mitchell, 1871), что стимуляция определенных триггерных точек на культе часто вызывает ощущения в отсутствующих пальцах. Уильям Джеймс (1887) писал: «Ветерок на культе ощущается как ветерок на фантоме» (см. также Cronholm, 1951). К сожалению, ни карта Пенфилда, ни результаты исследований Понса в то время еще не были известны, а потому эти наблюдения допускали несколько интерпретаций. Например, предполагалось, что поврежденные нервы могут повторно иннервировать культю, в результате чего любые ощущения в этой области автоматически переносятся на пальцы. Даже в тех случаях, когда ощущения со смещенной локализацией вызывали точки, значительно удаленные от культи, это списывали на диффузные связи в «нейроматрице» (Melzack, 1990). Мы, напротив, не только смогли обнаружить топографически организованную карту на лице, но и установили, что такие относительно сложные ощущения, как «капание», «прикосновение металла» и «трение» (а также тепло, холод и вибрация), передавались от лица к фантомной руке модально-специфическим образом. Очевидно, это нельзя объяснить ни случайной стимуляцией нервных окончаний на культе, ни «диффузными» связями. Согласно нашим наблюдениям, в мозге взрослого человека могут быстро формироваться очень точные и организованные новые соединения (по крайней мере у некоторых пациентов).

Кроме того, мы попытались соотнести наши данные с результатами физиологических исследований, в частности экспериментов Понса и его коллег (Pons et al., 1991). Например, мы предположили, что причина, по которой мы часто находим две группы точек – одну в нижней части лица, а вторую около или вокруг линии ампутации – заключается в том, что кисть на сенсорном гомункулусе в коре и таламусе с одной стороны граничит с лицом, а с другой – с верхней частью руки, плечом и подмышечной впадиной. При «вторжении» сенсорного входа от лица и верхней части руки над культей в зону кисти следует ожидать именно такого расположения триггерных точек. В итоге мы сформулировали так называемую реорганизационную гипотезу ощущений со смещенной локализацией. Если она верна, после ампутации ноги можно ожидать передачи ощущений от гениталий к стопе, поскольку на карте Пенфилда эти две части тела смежны (См. Ramachandran, 1993b; Aglioti et al., 1994.), но не от лица к фантомной ноге или от половых органов к фантомной руке. Также см. примечание 10.