Опыты с вживлением электродов в головной мозг помогли многое о нем узнать

Опыты с вживлением электродов в головной мозг помогли многое о нем узнать

Невролог Фил Кеннеди прославился в 1998 году тем, что вместе с нейрохирургом Роем Бэкэем вживил в мозг пациента электроды для передачи сигнала компьютеру. Парализованный пациент научился водить курсором по экрану и набирать сообщения (функция щелчка активировалась, если он дергал плечом). До этого он мог общаться, только моргая. Так пациент по имени Джонни Рэй стал первым человеком-киборгом.

Опыты с вживлением электродов в мозг начали активно проводить в 60-х годах XX века. Как это помогло в изучении мозга, рассказала биолог, популяризатор науки Ася Казанцева, которая познакомила нижегородцев с выжимкой из своей новой, еще не изданной книги.

Бык на привязи пульта

Середина прошлого века. Испания. Коррида. По арене ходит человек, совсем не похожий на тореадора. У него в руках красный плащ и какая-то коробочка с торчащими проводами... Вот на арену выбегает бык и скачет прямо на человека. Мужчина спокойно подпускает к себе животное на близкое расстояние, и тут происходит нечто странное: бык резко останавливается, поднимая тучу пыли. Затем человек что-то делает с коробочкой, и животное снова впадает в ярость...

Эти эксперименты проводил знаменитый нейробиолог - испанский ученый Хосе Дельгадо. Исследователь вживил в мозг быку имплант, при помощи которого научился им «управлять». Странная коробочка - это антенна, а нечто, примотанное к рогам, - радиопередатчик. Он улавливает сигнал от антенны и посылает его в мозг быка, который блокирует агрессию.

Дельгадо вживлял электроды в таламус, моторную кору, хвостатое ядро - зону мозга, которая отвечает за контроль над целенаправленными движениями. С другой стороны оно находится очень близко к прилежащему ядру, которое известно как центр удовольствий. Воздействие на него может нарушать движения, но когда возбуждение распространяется на прилежащее ядро, то бык испытывает положительные эмоции и желание нападать у него пропадает.

От агрессии к любви

В 60-е годы электроды вживляли наугад. Например, один бык превратился в нечто вроде радиоуправляемой машинки. Он не только останавливался, но и мог поворачиваться в нужную сторону.

У другого животного стимуляция приводила к полной остановке любой деятельности. Оно прекращало бежать, есть и т.д.

Ранее электроды в животных тоже вживляли. Провод, который торчал из головы, подсоединяли к стимулятору. Так работали с крысами и мышами, которые выполняли разные задания - проходили сложные лабиринты. Но для работы с другими животными этот способ не годится. Скажем, обезьяны будут любыми путями стараться выдернуть провод.

Тогда был придуман вариант с коробочкой, которая жестко крепилась к голове примата. Так можно было стимулировать определенную часть таламуса и провоцировать агрессию обезьяны по отношению к сородичам. Ученые увидели, что это не слепая агрессия - под воздействием стимуляции обезьяна начинала нападать на тех приматов, которые ей в любом случае не нравились.

Хосе Дельгадо делал следующее - он вживлял электроды радиопередатчика, а контрольным рычагом снабжал обезьян, живущих в той же клетке. Так они могли блокировать агрессию своего вожака. В случае угрозы обезьяна быстро бежала к рычагу, нажимала на него, и вожак терял к ней интерес.

Уже тогда ученые понимали, что эти исследования могут помочь в изучении социального поведения людей, но вживлять электроды людям, во-первых, сложно, во-вторых - неэтично.

Однако по медицинским показаниям такие манипуляции проводятся. Например, для того, чтобы локализовать эпилептический очаг.

Это помогло многое узнать о распределении разных функций в коре головного мозга. Например, при стимуляции моторной коры человек двигает рукой или ногой из-за возникающих в височной области видений. Дельгадо описал трех пациентов (двух девушек и одного мужчину), которые в результате стимуляции височной коры преисполнялись романтическими чувствами по отношению к экспериментатору. Все начиналось с дружеской беседы, а затем испытуемые говорили о своих планах на жизнь и горячем желании выйти замуж за экспериментатора.

В мозге человека есть структура, известная как центр удовольствий. Многим известен знаменитый эксперимент с крысой, которой вживили электроды и дали возможность нажимать педаль и стимулировать септальную область. В течение 12 часов подопытная могла нажать на педаль 7,5 тысячи раз (!), то есть она делала это каждые 6 секунд.

В 1972 подобный эксперимент был проделан с молодым человеком, известным как «пациент В-19». Мужчина страдал эпилепсией, депрессией, паранойей и был геем. Кнопку для стимуляции септальной области ему выдавали на три часа. За это время он нажимал на нее до 1500 раз. Свои ощущения мужчина описывал как тепло, расслабленность, комфорт, уют, сексуальное возбуждение. С помощью мозговой стимуляции пациента В-19 пытались лечить от гомосексуализма, в определенной степени даже успешно - его удалось убедить вступить в интимную связь с женщиной.

Палка о двух концах

Особенность нервных клеток в том, что они умеют проводить электрический ток и передавать сигнал. Это возможно из-за разницы потенциалов на мембране. В состоянии покоя внутренняя часть заряжена отрицательно, внешняя - положительно. Вся мембрана покрыта ионными каналами, они пронизывают ее насквозь и умеют пропускать через нее заряженные частицы. Если клетка получает сигнал от соседней или на нее подействовало внешнее наведенное электромагнитное поле, то начинают работать натриевые каналы. Они открываться для работы и пропускают натрий ровно на том участке мембраны, где произошло изменение потенциала.

Затем локальное изменение начинает распространятся дальше, пока не дойдет до места контакта с другим нейроном. Потом уже по другим каналам заряд вновь передается в виде локального изменения на мембране. Суть воздействия с помощью электрода состоит в том, что запускается цепная реакция - получив воздействие, клетка начинает точно так же воздействовать на своих собратьев. Сигнал подается на какой-то небольшой участок, а дальше мозг делает уже все самостоятельно.

Электрод - это палка о двух концах. С его помощью можно не только стимулировать участки мозга, но и использовать как записывающее устройство, способное зарегистрировать возникающую естественным путем активность нейронов. Это важный исследовательский инструмент. Пациенты с эпилепсией, у которых электроды были вживлены в гиппокамп (область мозга, связанная с памятью) участвовали в простом эксперименте. Они просматривали фотографии с изображениями, которые могли храниться в их памяти. Так удалось обнаружить нейрон Дженнифер Энистон. Он активизировался всякий раз, как только испытуемый видел изображение этой американской киноактрисы. Нашелся человек, у которого были нейроны американской актрисы, игравшей женщину-кошку, Холли Берри. Они не реагировали на других женщин в костюме кошки, но активизировались на портрет Холли Берри и даже на карандаш, на который было нанесено ее имя.

Это только подтверждает то, что мозг материален, а за любые наши действия, за нашу память отвечают конкретные нейроны, на которые можно воздействовать с помощью стимуляции, лекарств и других методов, и это меняет нашу личность, нас самих. Конечно, технически добиться кардинальных изменений невероятно сложно, так как в головном мозге 86 миллиардов нейронов. Причем нервные клетки, которые отвечают за сложную психическую функцию, распределены по разным отделам головного мозга. Способов найти их пока нет.

Применение электродов на людях перспективно. С помощью этого метода ученые добились определенных успехов в лечении болезни Паркинсона. Например, у больного могут так сильно трястись руки, что он не способен держать ложку в руках. Но если ему включить стимуляцию, то он сможет выполнять точные мелкие движения.

Исследования перспективны в случае парализации конечностей. Можно записать сигналы, которые передавались в моторную кору, чтобы человек двигал рукой, затем перекодировать их на роботизированную руку. Пока это сложная система - человек опутан проводами, сигналы поступают в громоздкий компьютер, который обсчитывает сигналы, прежде чем они идут на мышцы. Однако после несколько часов тренировок можно научиться неплохо управлять роботизированной рукой. Есть попытки научиться посылать эти сигналы на собственную парализованную руку... Словом, когда- нибудь люди научатся «ремонтировать» повреждения спинного мозга и возвращать подвижность конечностям.

Записала Александра Махлина.

Вопрос дилетанта

- Можем ли мы считать, что электрод стимулирует сложное поведение?

- В принципе, да, - отвечает на этот вопрос Хоссе Дельгадо. Но! Это аналогично тому, что палец, нажавший на кнопку, виноват в запуске космической ракеты. Действительно, при наличии ракеты, сложной инфраструктуры космодрома, все равно нужен палец, чтобы запустить ракету в космос. С помощью электродов можно «запустить» только те реакции, то поведение, которые и так существуют у конкретного человека или животного. Нельзя вызвать у животного или у человека поведение, ему не свойственное.

Фото с сайта videoblocks.com