Святослав МЕДВЕДЕВ: «Мозг - интерфейс между двумя мирами» (июн 2015)
О том, почему человеческий мозг во многом остается «черным ящиком» для ученых, и можно ли вообще до конца понять, что же такое находится у нас в голове, рассказал директор Института мозга человека Святослав МЕДВЕДЕВ
Открытия новых возможностей человеческого мозга происходят все чаще. В то же время ученые не могут до конца понять, как же он все-таки действует. О том, какие тайны и загадки мозга остаются нераскрытыми, в интервью «Росбалту» в рамках проекта «Лучшая половина жизни» рассказал доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор Института мозга человека Святослав МЕДВЕДЕВ
- Люди изучают мозг уже сотни лет. Насколько удалось продвинуться за это время?
- Даже не сотни лет, а тысячи. Первая краниотомия - трепанация черепа - была сделана около 5000 до н. э. Еще Гиппократ утверждал, что интеллект находится где-то в переднем желудочке, то есть верно догадался о ведущей роли фронтальной коры. А ученик античного анатома Герофил прославился тем, что, вскрывая трупы, пришел к выводу: головной мозг, во-первых, центр всей нервной системы, а во-вторых, орган мышления.
Людей всегда интересовало собственное устройство. Но мозг человека оставался загадкой. Потому что он находится под довольно прочной черепной коробкой, и добраться до него сложно. Даже если эту коробку открыть, мозг производит впечатление, скажем так, студня. Вроде, ничего особенного. Но когда этот «студень» начали исследовать, то выяснились удивительные вещи.
Оказалось, что мозг обычного взрослого человека весит 1-2 кг, причем самый крупный мозг - у дебилов. То есть нельзя сказать, что чем крупнее мозг, тем умнее человек. Мозг потребляет четверть всей энергии, которая нужна организму - 20% кислорода и 25% глюкозы. Кора головного мозга крысы - 5 кв. см, шимпанзе - 500 кв. см, а человека - целых 2300 кв. см. В коре около 10 миллиардов нейронов, а количество связей между ними больше, чем частиц во Вселенной. При этом мыслительные способности животных, например, собак, и человека радикально различаются, несмотря на то, что собаки очень умные. Что определяет разницу? Что делает мозг человека самым совершенным объектом из всех известных? Как человек мыслит? Спор исследователей вокруг этих вопросов продолжается и сегодня.
- Какие научные открытия проливают свет на тайны мозга?
- Открытие электроэнцефалограммы в ХХ веке дало возможность наблюдать за электрической активностью мозга с поверхности скальпа. А следующий прорыв в исследованиях заключался в записи активности с электродов, имплантированных в лечебных целях пациентам в определенные области мозга. С их помощью нейрофизиолог Наталья Петровна Бехтерева сделала удивительное открытие: знаменитый детектор ошибок. В 1968 году она обнаружила, что в мозге есть механизм, стабилизирующий и его работу, и поведение человека. Он непрерывно проверяет, все ли идет правильно.
Дело в том, что для подавляющего большинства видов нашей деятельности существует стандарт их выполнения. Он позволяет не отвлекаться на рутину, поддерживает устойчивое состояние в здоровом организме, а также корректное выполнение повседневной деятельности, реагируя на рассогласование реальной ситуации с той моделью, которая хранится в матрице памяти.
Когда человек делает ошибку - скажем, говорит, что дважды два - пять, или допускает неточность в стихотворении, которое он знал, в матрице как бы загорается аварийная лампочка. Детектор ошибок проверяет каждое ваше действие. Вы выходите из дома и думаете: «Что-то не то!». Возвращаетесь - так и есть: кошелек забыли, свет не выключили, утюг или плиту на кухне. Если это мозговое «устройство» работает правильно, вы можете спокойно заниматься повседневными делами, которые обычно делаются на автоматизме.
- А сбои в работе этого детектора случаются?
- Конечно, и зачастую становятся причиной психических болезней. Детектор, как базовый механизм мозга, имеет высокую устойчивость. Но если он ломается, то превращается, так сказать, в детерминатор ошибок - и стабилизирует патологическое состояние. Скажем, у вас была смертельная болезнь, но вы выжили. А дальше детектор ошибок предпочитает не экспериментировать, не менять ничего ни к лучшему, ни к худшему. Например, была сломана правая рука, человек начал делать все левой. Гипс сняли, а он продолжает работать левой рукой… Раньше даже привязывали к телу пострадавшую руку, чтобы человек заново развивал здоровую.
То же относится и к навязчивым состояниям, например, наркомании. Человек понимает, что этого делать не надо, но не может сопротивляться поломке главного механизма мозга. В ряде случаев это полностью дезорганизует его жизнь.
Такова плата за высокую устойчивость мозга, которая обеспечивается детектором не только в «норме», но и при патологии. Физиологически это понятно: выживание организма худо-бедно обеспечивается, а любое изменение чревато дестабилизацией и ухудшением - ведь детекторы ошибок не знают, что такое хорошо и что такое плохо.
- А если человек делает ошибку сознательно? Например, с целью манипуляции - то есть врет?
- Даже при сознательной и выгодной лжи детектор все равно сообщает о «непорядке». Это нужно для того, чтобы человек не поверил в собственную ложь. Например, если вы говорите кому-то: «Идите, лед достаточно прочный», зная, что на самом деле это не так, то потом сами не пойдете следом.
Сознательно блокировать детектор ошибок невозможно. Поэтому любые принуждения в этой области - скажем, попытки приставить к наркоманам милиционеров - бессмысленны.
- Какие методы исследования мозга применяются сегодня?
- Позитронно-эмиссионная томография, функциональная магнитно-резонансная томография, магнитоэнцефалография, электроэнцефалография и другие. Например, с помощью ЭЭГ осуществляется очень точное картирование электрической активности коры. Можно видеть, как очаги возбуждения мозга перемещаются в процессе его деятельности (так называемое «светлое пятно сознания», по формулировке физиолога Ивана Павлова). При этом все существующие и постоянно развивающиеся технические средства регистрации активности мозга значительно опережают принятые вычислительные подходы по анализу данных. Есть и физиологические ограничения - например, можно увеличить пространственную разрешающую способность ПЭТ, но это автоматически приведет к увеличению лучевой нагрузки, что неприемлемо для здоровья человека.
Технический прогресс позволил получить за последние десятилетия огромное количество новых сведений о мозге. Некоторые ежегодные научные форумы собирают более 3000 участников - это километры постеров с невероятным массивом информации. Исследована практически каждая из зон мозга и мозговое обеспечение почти всех мыслимых функций организма. Однако данные, которые получают исследователи, зачастую интерпретируются неверно. У нас накоплен огромный фактический материал по картированию мозга. А вот знания законов мозга достаточно скромные.
- Но что вы все-таки поняли? Что для вас - мозг?
- Мозг - это интерфейс, посредник, связующее звено между материальным и идеальным. Это орган, который соединяет мир человеческой психики, мир идей и мир действительности. Инструмент, с помощью которого наши мысли превращаются в дела. То есть мозг то, что существует в нашем воображении, переводит в реальность. И, как говорил физиолог Иван Сеченов, улыбается ли Гарибальди, когда его ругают за излишнюю любовь к родине, трепещет ли девушка перед первым свиданием - то и другое в конечном счете превращается в движение.
Кроме того, мозг - это система. Его высшие функции обеспечиваются не работой отдельных областей, а благодаря их взаимодействию. В результате порождается нечто большее, чем их изначальная специализация, например: речь, творчество и т. п., то есть то, что человек развивает в процессе жизни.
- Вы говорили, что мозг очень устойчив к повреждениям. А насколько?
- Очень намного. Известны случаи поразительные. Например, в XIX веке одному англичанину пробило голову ломом, да так, что железный прут прошел сквозь глазницу и вышел с другой стороны черепа. Но этот человек остался жив, сохранил полный рассудок и жил довольно долго. Он стал очень склочным и сварливым, а все остальное осталось без изменений. Истории известен и случай, когда некий капитан армии получил сквозное пулевое ранение глаза: мушкетная пуля, скорее всего, размозжила передние отделы лобной доли - выходное отверстие было в виске. Тем не менее, впоследствии этот капитан по фамилии Кутузов стал фельдмаршалом…
- А может ли мозг «выжить» вообще без черепной коробки?
- А зачем? Технически, может, это и осуществимо, но в чем смысл такой операции? Если мозг и не умрет, будучи отделен от тела, то окажется в состоянии «locked in» - «запертого человека». Такой феномен наблюдается у пациентов в состоянии комы. У автономного мозга не остается никаких связей с органами чувств, он не будет ничего ощущать, с ним нельзя будет общаться. Вы даже не сможете понять, думает он или нет. Науке это не нужно и не интересно.
- Реально ли создать искусственный протез части мозга, нейрочип, который заменит какой-то больной, поврежденный участок?
- В принципе, да. Скорее всего, можно сделать протез слуховой области или протез зрения. Но пока что мы еще далеки от этого.
- Говорят, что американские ученые нашли способ избавлять людей от плохих воспоминаний, фобий и депрессий с помощью устройства, похожего на «стиратель памяти» из фантастического фильма «Люди в чёрном». Нажал на кнопочку - и избавился от кошмара или психотравмы… Такое возможно?
- Даже если да, то у высокоразвитого существа эта память все равно восстанавливается. У нас в мозгу все чрезвычайно переплетено. Вы выхватываете из памяти один эпизод, связь с ним исчезает, а мозг каким-то образом ее все-таки находит, и у вас разрешения не спрашивает. Подсознание - вещь непредсказуемая.
- А вот еще одна новость: нейрофизиологи из Израиля разработали устройство, которое позволяет слепым людям «видеть» с помощью ушей. Изображение с камеры переводится в звуковую волну, которую, в свою очередь, обрабатывает зрительная кора мозга. В итоге мозг выдает человеку «картинку» вроде той, что видят дельфины…
- Ушами видеть нельзя! Тут работают не те области мозга, которые принимают первичную информацию, то есть органы зрения, а те, которые ее анализируют. Когда человек не видит, он начинает понимать сигналы. Это как парковка на машине: если вы паркуете свое авто с помощью радара, система издает сигнал. Вы слышите звуки «пи-пи-пиии…» и по ним оцениваете расстояние до препятствия, хотя его и не видите. Это не видение, а передача информации о каких-то конкретных вещах. Любоваться таким образом, например, картиной во всем ее многообразии не получится.
- А если картина будет нашпигована чипами, которые начнут издавать это самое «пи-пи-пиии…» на разных частотах? Что тогда?
- Давайте посчитаем. Разрешение в произведениях живописи - где-то в районе долей миллиметра. Значит, на полотне, скажем, метр на два должен быть чуть ли не миллиард чипов. Обработать все их сигналы окажется просто нереально, и посмотреть таким образом на картину незрячий человек не сможет.
- А может ли человек набирать текст с помощью мысли?
- Запросто. Только это будет дольше, чем обычно,
- Английский физик-теоретик Стивен Уильям Хокинг, полностью обездвиженный в результате болезни, управляет компьютером с помощью датчика, закрепленного напротив мимической мышцы щеки. По вашему мнению, он действительно ведет научную работу и общается с окружающими таким образом?
- Действительно - существует возможность такого управления.
- Но ведь даже обычный набор текста подобный способом должен быть невероятно медленным…
- А он делает это достаточно быстро - приноровился… Недавно я видел, как одна девушка стояла в магазине в очереди и набирала эсэмэску с такой же скоростью, как набирают текст профессиональные машинистки. У нее был длинный ноготь, и она им быстро-быстро стучала по дисплею. Это дело привычки.
- Вы говорили, что проблема для исследователей мозга сейчас состоит том, чтобы успевать анализировать весь поток поступающей информации. То есть новые данные поступают быстрее, чем вы можете их обработать?
- Да - и чем понимаем, как именно их обрабатывать.
- Это значит, что наука о мозге находится в неком кризисе?
- Наоборот, она интенсивно развивается. Чем больше мы чего-то не понимаем, тем интереснее.
Росбалт, 06.06.2015
http://www.rosbalt.ru/piter/2015/06/06/1404998.html
Открытия новых возможностей человеческого мозга происходят все чаще. В то же время ученые не могут до конца понять, как же он все-таки действует. О том, какие тайны и загадки мозга остаются нераскрытыми, в интервью «Росбалту» в рамках проекта «Лучшая половина жизни» рассказал доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор Института мозга человека Святослав МЕДВЕДЕВ
- Люди изучают мозг уже сотни лет. Насколько удалось продвинуться за это время?
- Даже не сотни лет, а тысячи. Первая краниотомия - трепанация черепа - была сделана около 5000 до н. э. Еще Гиппократ утверждал, что интеллект находится где-то в переднем желудочке, то есть верно догадался о ведущей роли фронтальной коры. А ученик античного анатома Герофил прославился тем, что, вскрывая трупы, пришел к выводу: головной мозг, во-первых, центр всей нервной системы, а во-вторых, орган мышления.
Людей всегда интересовало собственное устройство. Но мозг человека оставался загадкой. Потому что он находится под довольно прочной черепной коробкой, и добраться до него сложно. Даже если эту коробку открыть, мозг производит впечатление, скажем так, студня. Вроде, ничего особенного. Но когда этот «студень» начали исследовать, то выяснились удивительные вещи.
Оказалось, что мозг обычного взрослого человека весит 1-2 кг, причем самый крупный мозг - у дебилов. То есть нельзя сказать, что чем крупнее мозг, тем умнее человек. Мозг потребляет четверть всей энергии, которая нужна организму - 20% кислорода и 25% глюкозы. Кора головного мозга крысы - 5 кв. см, шимпанзе - 500 кв. см, а человека - целых 2300 кв. см. В коре около 10 миллиардов нейронов, а количество связей между ними больше, чем частиц во Вселенной. При этом мыслительные способности животных, например, собак, и человека радикально различаются, несмотря на то, что собаки очень умные. Что определяет разницу? Что делает мозг человека самым совершенным объектом из всех известных? Как человек мыслит? Спор исследователей вокруг этих вопросов продолжается и сегодня.
- Какие научные открытия проливают свет на тайны мозга?
- Открытие электроэнцефалограммы в ХХ веке дало возможность наблюдать за электрической активностью мозга с поверхности скальпа. А следующий прорыв в исследованиях заключался в записи активности с электродов, имплантированных в лечебных целях пациентам в определенные области мозга. С их помощью нейрофизиолог Наталья Петровна Бехтерева сделала удивительное открытие: знаменитый детектор ошибок. В 1968 году она обнаружила, что в мозге есть механизм, стабилизирующий и его работу, и поведение человека. Он непрерывно проверяет, все ли идет правильно.
Дело в том, что для подавляющего большинства видов нашей деятельности существует стандарт их выполнения. Он позволяет не отвлекаться на рутину, поддерживает устойчивое состояние в здоровом организме, а также корректное выполнение повседневной деятельности, реагируя на рассогласование реальной ситуации с той моделью, которая хранится в матрице памяти.
Когда человек делает ошибку - скажем, говорит, что дважды два - пять, или допускает неточность в стихотворении, которое он знал, в матрице как бы загорается аварийная лампочка. Детектор ошибок проверяет каждое ваше действие. Вы выходите из дома и думаете: «Что-то не то!». Возвращаетесь - так и есть: кошелек забыли, свет не выключили, утюг или плиту на кухне. Если это мозговое «устройство» работает правильно, вы можете спокойно заниматься повседневными делами, которые обычно делаются на автоматизме.
- А сбои в работе этого детектора случаются?
- Конечно, и зачастую становятся причиной психических болезней. Детектор, как базовый механизм мозга, имеет высокую устойчивость. Но если он ломается, то превращается, так сказать, в детерминатор ошибок - и стабилизирует патологическое состояние. Скажем, у вас была смертельная болезнь, но вы выжили. А дальше детектор ошибок предпочитает не экспериментировать, не менять ничего ни к лучшему, ни к худшему. Например, была сломана правая рука, человек начал делать все левой. Гипс сняли, а он продолжает работать левой рукой… Раньше даже привязывали к телу пострадавшую руку, чтобы человек заново развивал здоровую.
То же относится и к навязчивым состояниям, например, наркомании. Человек понимает, что этого делать не надо, но не может сопротивляться поломке главного механизма мозга. В ряде случаев это полностью дезорганизует его жизнь.
Такова плата за высокую устойчивость мозга, которая обеспечивается детектором не только в «норме», но и при патологии. Физиологически это понятно: выживание организма худо-бедно обеспечивается, а любое изменение чревато дестабилизацией и ухудшением - ведь детекторы ошибок не знают, что такое хорошо и что такое плохо.
- А если человек делает ошибку сознательно? Например, с целью манипуляции - то есть врет?
- Даже при сознательной и выгодной лжи детектор все равно сообщает о «непорядке». Это нужно для того, чтобы человек не поверил в собственную ложь. Например, если вы говорите кому-то: «Идите, лед достаточно прочный», зная, что на самом деле это не так, то потом сами не пойдете следом.
Сознательно блокировать детектор ошибок невозможно. Поэтому любые принуждения в этой области - скажем, попытки приставить к наркоманам милиционеров - бессмысленны.
- Какие методы исследования мозга применяются сегодня?
- Позитронно-эмиссионная томография, функциональная магнитно-резонансная томография, магнитоэнцефалография, электроэнцефалография и другие. Например, с помощью ЭЭГ осуществляется очень точное картирование электрической активности коры. Можно видеть, как очаги возбуждения мозга перемещаются в процессе его деятельности (так называемое «светлое пятно сознания», по формулировке физиолога Ивана Павлова). При этом все существующие и постоянно развивающиеся технические средства регистрации активности мозга значительно опережают принятые вычислительные подходы по анализу данных. Есть и физиологические ограничения - например, можно увеличить пространственную разрешающую способность ПЭТ, но это автоматически приведет к увеличению лучевой нагрузки, что неприемлемо для здоровья человека.
Технический прогресс позволил получить за последние десятилетия огромное количество новых сведений о мозге. Некоторые ежегодные научные форумы собирают более 3000 участников - это километры постеров с невероятным массивом информации. Исследована практически каждая из зон мозга и мозговое обеспечение почти всех мыслимых функций организма. Однако данные, которые получают исследователи, зачастую интерпретируются неверно. У нас накоплен огромный фактический материал по картированию мозга. А вот знания законов мозга достаточно скромные.
- Но что вы все-таки поняли? Что для вас - мозг?
- Мозг - это интерфейс, посредник, связующее звено между материальным и идеальным. Это орган, который соединяет мир человеческой психики, мир идей и мир действительности. Инструмент, с помощью которого наши мысли превращаются в дела. То есть мозг то, что существует в нашем воображении, переводит в реальность. И, как говорил физиолог Иван Сеченов, улыбается ли Гарибальди, когда его ругают за излишнюю любовь к родине, трепещет ли девушка перед первым свиданием - то и другое в конечном счете превращается в движение.
Кроме того, мозг - это система. Его высшие функции обеспечиваются не работой отдельных областей, а благодаря их взаимодействию. В результате порождается нечто большее, чем их изначальная специализация, например: речь, творчество и т. п., то есть то, что человек развивает в процессе жизни.
- Вы говорили, что мозг очень устойчив к повреждениям. А насколько?
- Очень намного. Известны случаи поразительные. Например, в XIX веке одному англичанину пробило голову ломом, да так, что железный прут прошел сквозь глазницу и вышел с другой стороны черепа. Но этот человек остался жив, сохранил полный рассудок и жил довольно долго. Он стал очень склочным и сварливым, а все остальное осталось без изменений. Истории известен и случай, когда некий капитан армии получил сквозное пулевое ранение глаза: мушкетная пуля, скорее всего, размозжила передние отделы лобной доли - выходное отверстие было в виске. Тем не менее, впоследствии этот капитан по фамилии Кутузов стал фельдмаршалом…
- А может ли мозг «выжить» вообще без черепной коробки?
- А зачем? Технически, может, это и осуществимо, но в чем смысл такой операции? Если мозг и не умрет, будучи отделен от тела, то окажется в состоянии «locked in» - «запертого человека». Такой феномен наблюдается у пациентов в состоянии комы. У автономного мозга не остается никаких связей с органами чувств, он не будет ничего ощущать, с ним нельзя будет общаться. Вы даже не сможете понять, думает он или нет. Науке это не нужно и не интересно.
- Реально ли создать искусственный протез части мозга, нейрочип, который заменит какой-то больной, поврежденный участок?
- В принципе, да. Скорее всего, можно сделать протез слуховой области или протез зрения. Но пока что мы еще далеки от этого.
- Говорят, что американские ученые нашли способ избавлять людей от плохих воспоминаний, фобий и депрессий с помощью устройства, похожего на «стиратель памяти» из фантастического фильма «Люди в чёрном». Нажал на кнопочку - и избавился от кошмара или психотравмы… Такое возможно?
- Даже если да, то у высокоразвитого существа эта память все равно восстанавливается. У нас в мозгу все чрезвычайно переплетено. Вы выхватываете из памяти один эпизод, связь с ним исчезает, а мозг каким-то образом ее все-таки находит, и у вас разрешения не спрашивает. Подсознание - вещь непредсказуемая.
- А вот еще одна новость: нейрофизиологи из Израиля разработали устройство, которое позволяет слепым людям «видеть» с помощью ушей. Изображение с камеры переводится в звуковую волну, которую, в свою очередь, обрабатывает зрительная кора мозга. В итоге мозг выдает человеку «картинку» вроде той, что видят дельфины…
- Ушами видеть нельзя! Тут работают не те области мозга, которые принимают первичную информацию, то есть органы зрения, а те, которые ее анализируют. Когда человек не видит, он начинает понимать сигналы. Это как парковка на машине: если вы паркуете свое авто с помощью радара, система издает сигнал. Вы слышите звуки «пи-пи-пиии…» и по ним оцениваете расстояние до препятствия, хотя его и не видите. Это не видение, а передача информации о каких-то конкретных вещах. Любоваться таким образом, например, картиной во всем ее многообразии не получится.
- А если картина будет нашпигована чипами, которые начнут издавать это самое «пи-пи-пиии…» на разных частотах? Что тогда?
- Давайте посчитаем. Разрешение в произведениях живописи - где-то в районе долей миллиметра. Значит, на полотне, скажем, метр на два должен быть чуть ли не миллиард чипов. Обработать все их сигналы окажется просто нереально, и посмотреть таким образом на картину незрячий человек не сможет.
- А может ли человек набирать текст с помощью мысли?
- Запросто. Только это будет дольше, чем обычно,
- Английский физик-теоретик Стивен Уильям Хокинг, полностью обездвиженный в результате болезни, управляет компьютером с помощью датчика, закрепленного напротив мимической мышцы щеки. По вашему мнению, он действительно ведет научную работу и общается с окружающими таким образом?
- Действительно - существует возможность такого управления.
- Но ведь даже обычный набор текста подобный способом должен быть невероятно медленным…
- А он делает это достаточно быстро - приноровился… Недавно я видел, как одна девушка стояла в магазине в очереди и набирала эсэмэску с такой же скоростью, как набирают текст профессиональные машинистки. У нее был длинный ноготь, и она им быстро-быстро стучала по дисплею. Это дело привычки.
- Вы говорили, что проблема для исследователей мозга сейчас состоит том, чтобы успевать анализировать весь поток поступающей информации. То есть новые данные поступают быстрее, чем вы можете их обработать?
- Да - и чем понимаем, как именно их обрабатывать.
- Это значит, что наука о мозге находится в неком кризисе?
- Наоборот, она интенсивно развивается. Чем больше мы чего-то не понимаем, тем интереснее.
Росбалт, 06.06.2015
http://www.rosbalt.ru/piter/2015/06/06/1404998.html