Страница 7 из 85
Функциональная МРТ опирается на тот факт, что все, что человек переживает (чувствует, думает, воспринимает), в целом коррелирует с изменениями потребления кислорода и локального кровотока в определенных участках мозга. Когда человек реагирует на задание, например смотрит на фотографии или решает математическую задачу, как правило, в его мозге активируется конкретный набор специализированных областей, и они получают больше насыщенной кислородом крови. Усиление кровотока и связанное с ним увеличение притока кислорода служат здесь признаками повышенной активности нейронов. Мы говорим о «повышенной активности», поскольку весь живой мозг постоянно находится в работающем состоянии, кровь постоянно циркулирует, и кислород постоянно потребляется. Если мозг находится в полном покое — это мертвый мозг.
Таким образом, измерение концентрации кислорода, растворенного в крови, служит ключом к выявлению активности мозга. С помощью большого и чрезвычайно мощного магнита МР-томографа можно измерить приток крови к различным областям мозга, поскольку кровь, которая переносит больше кислорода, отличается по своим магнитным свойствам от крови, которая уже отдала свой кислород нейронам. Относительная концентрация насыщенной кислородом (оксигенированной) и бедной кислородом (то есть деоксигенированной) крови в небольшой области мозговой ткани создает так называемый BOLD-сигнал (blood-oxygen-level-dependent, то есть «зависящий от уровня кислорода в крови»). Чем выше в определенной области мозга доля оксигенированной крови по отношению к деоксигенированной, тем выше в ней потребление энергии (7).
В экспериментах исследователи не просто просят испытуемых выполнить какие-нибудь задания и измеряют активность их мозга. Они оценивают активацию мозга непосредственно в процессе выполнения задания, например когда испытуемые реагируют на предъявляемые лица, и сравнивают эту активность с фоновой — например, когда испытуемый закрывает глаза и пытается очистить свое сознание насколько это возможно. Представьте себе эксперимент, спланированный, чтобы определить области мозга, связанные с чтением вслух. Исследователи сначала просят испытуемых читать буквы, которые появляются на экране, сперва про себя, а затем вслух. Предполагается, что если «вычесть» сигнал, возникающий в момент, когда испытуемый читает про себя, из сигнала, полученного во время чтения вслух, то оставшиеся неперекрывающиеся по двум заданиям области, по всей вероятности, будут связаны с произнесением слов вслух. Области мозга, задействованные при выполнении обоих заданий (например, внимание, зрительная обработка букв и внутренняя речь), пе- рекроются и останутся темными на итоговой карте активации.
В ходе таких экспериментов компьютер томографа получает BOLD- сигнал для каждой из крошечных трехмерных единиц объема, называемых вокселами — гибридный термин, полученный из английских слов volume (объем) и pixel (растровая точка, пиксел). Типичный мозг содержит около 50 000 таких вокселов, каждый со стороной примерно 3 мм. Процедура вычитания, которую мы описали выше, происходит на уровне каждого отдельного воксела. Каждый воксел окрашивается в определенный цвет в зависимости от величины разницы между его активациями в экспериментальном и в контрольном условии.
Затем компьютер генерирует полное изображение, высвечивая те области мозга, которые больше активировались в одном состоянии по сравнению с другим. Ученые используют определенные цвета для условного обозначения степени вероятности, что полученная в результате вычитания разница в активации между состояниями покоя и стимуляции (или между двумя разными состояниями стимуляции) не является случайной. Чем ярче цвет области, тем больше уверенность экспериментатора в полученном различии. Таким образом, яркий цвет, например желтый, может означать, что есть только один шанс на тысячу, что разница в активации мозга в заданной области является случайностью. А темный цвет, например фиолетовый, указывает, что такая вероятность выше (то есть разницу в активации мозга с большей вероятностью можно приписать случайным факторам).
В конце процесса обработки компьютер отфильтровывает фоновые шумы и готовит данные для нанесения на стандартную трехмерную модель человеческого мозга. Финальное изображение мозга, которое мы видим в журнале или на телеэкране, редко отражает активность мозга одного человека. Оно практически всегда представляет собой усредненный результат всех участников исследования. Как мы уже говорили во введении, сходство между картой активации мозга и фотографией иллюзорно. Фотографии фиксируют образы в реальном времени и пространстве. Результаты функциональной томографии построены на основе информации, полученной из магнитных свойств крови, снабжающей наш мозг. Если мы даже снимем половину черепа, чтобы наблюдать поверхность живого мозга в процессе работы, мы не увидим красочного цветового шоу, демонстрирующего, как различные области мозга активизируются в процессе мышления, переживания или поведения. Какими бы впечатляющими ни были карты активации мозга, они далеки от непосредственного наблюдения. Даже самая точная из них просто представляет активацию в том или ином месте, основываясь на статистической разнице между BOLD- сигналами.
Функциональная нейровизуализация — новейшая веха на многовековом пути попыток систематизировать и понять связь между мозгом и психикой. Согласно классическим представлениям, разум воспринимался как мыслящая часть души, но в отличие от души, которая по определению нематериальна, и согласно верованиям не умирает после смерти, разум не связывался ни с какой мистикой и нематериаль- ностью. Разум создается мозгом, и когда умирает мозг, умирает и разум. Греческий врач Гиппократ, живший приблизительно в 400 году до н.э., считается первым, кто постулировал, что мозг создает разум. Наблюдения за пациентами с черепно-мозговыми травмами привели его к заключению, что «от мозга, и только от мозга, проистекает наше удовольствие, радость, смех и шутки, как и наша печаль, боль, горе и слезы... Именно мозг делает нас безумными или бредящими». Эпикурейцы за 300 лет до н.э. тоже верили, что человеческая душа не переживает смерти тела. Эти материалистические взгляды затем веками оставались в тени доктрины дуализма[22], выдвинутой современником Гиппократа Платоном (8).
Платон был уверен, что разум, или, как он называл его, душа — бессмертна. Душа витает параллельно с телесным мозгом человека, который контролирует движения и восприятие. Части души по Платону— разумная, яростная (воля) и вожделеющая (желание) — некоторым образом существуют еще до появления индивидуума и выживают после его смерти. Платоновская версия дуализма в неизменной форме более или менее превалировала более пяти столетий, пока ее не сменили идеи знаменитого римского врача Галена. Приблизительно в 200 году н.э. Гален постулировал, что такие способности как память, интеллект и воображение — иными словами, «разумная душа», — вихрятся внутри желудочков мозга. Его взгляды затем были приняты первыми отцами христианской церкви, которые были убежденными дуалистами.
После долгого забвения во время средневековой интерлюдии, продолжавшейся несколько столетий, соперничество между материалистами и дуалистами возродилось в XVII веке, в эпоху французского Просвещения, когда великий математик и философ Рене Декарт представил новый вариант дуализма. Декарт был первым, кто выдвинул идею, как выяснилось, верную, что эмоции, память и чувственное восприятие есть функции материального мозга. Но он настаивал, что существует еще и нематериальный разум, или рациональная душа, которая способна к языкам, математике, сознанию, воле, сомнениям и пониманию. Декарт полагал, что связь души и мозга осуществляется через небольшое образование, расположенное в глубине мозга, именуемое «шишковидная железа», или эпифиз (9).
Изображение мозга, которое мы видим в журнале, практически всегда представляет собой усредненный результат всех участников исследования.
22
Речь идет о разделении на материальное и идеальное. — Прим. ред.