Проблема исследования мозга

КНИГА К ДЕСЯТИЛЕТИЮ ИНСТИТУТА МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

Медведев Святослав Всеволодович
Институт мозга человека РАН

Проблема исследования мозга человека, проблема соотношения мозга и психики одна из самых захватывающих задач, которые ставились в науке. Поставлена цель познать нечто, равное по сложности самому инструменту познания. Ведь все, что до сих пор исследовалось: и атом, и галактика, и мозг животного - было проще мозга человека. С философской точки зрения неизвестно, возможно ли в принципе решение этой задачи. Есть ли у нас вообще принципиальная возможность исследовать этот мозг, понять до конца, что в нем происходит. Ведь главное средство познания - не приборы и не методы, им остается опять-таки наш человеческий мозг. Обычно мозг+прибор, который изучает какое-то явление или объект, сложнее этого объекта, в данном случае мы пытаемся действовать на равных - мозг против самого себя.

Именно грандиозность задачи привлекала великие умы. Свои представления о принципах работы мозга высказывали и Гиппократ, и Аристотель, и Декарт, и многие другие. В прошлом веке на основе клинико-анатомических сопоставлений были обнаружены области мозга, отвечающие за речь (Брока и Вернике). Однако настоящее научное исследование мозга началось в работах нашего гениального соотечественника И.М.Сеченова. Далее В.М.Бехтерев, И.П.Павлов . . . Здесь я остановлюсь в перечислении имен, так как выдающихся исследователей мозга в двадцатом веке было много и слишком велика опасность кого-нибудь (особенно из ныне здравствующих, не дай Бог) пропустить. Были сделаны великие открытия. Однако основной сложностью в исследовании именно мозга человека оставалась крайняя бедность методических подходов: психологические тесты, клинические наблюдения, и начиная с тридцатых годов, электроэнцефалограмма. По сути, это либо парадигма черного ящика, либо попытка узнать, как работает телевизор по гудению ламп и трансформаторов и по температуре футляра, либо, наконец, функциональная роль блока исследовалась на основе того, что происходит с устройством, если этот блок разбить. При этом, однако, следует заметить, что морфология мозга была уже исследована довольно хорошо.

Существовала и другая сложность - неразвитость представлений о функционировании отдельных нервных клеток. Таким образом, не было полноты знаний о кирпичиках и не было необходимых инструментов исследования целого. В известной мере можно сказать, что теоретические представления были развиты существенно полнее, чем экспериментальный базис. С тех пор поистине гигантские успехи были достигнуты трудами Экклса и П.Г.Костюка в понимании механизмов функционирования нервной клетки. Стало существенно понятнее, как устроен нейрон. Однако вопрос о том, как функционирует сообщество нервных клеток, при этом автоматически не решался.

Реально первый прорыв в изучении функционирования мозга человека (по определению академика Н.П.Бехтеревой) был связан с исследованиями в условиях прямого многоточечного контакта с мозгом человека при применении метода долгосрочных и краткосрочных имплантированных электродов для диагностики и лечения больных. По времени развертывание этого метода совпало с началом понимания того, как работает отдельный нейрон, как происходит передача информации от нейрона к нейрону и по нерву. Впервые в нашей стране в условиях непосредственного контакта с мозгом человека стала работать академик Н.П.Бехтерева и ее сотрудники.

Результаты, полученные при этом первом прорыве, позволили получить важнейшую информацию о механизмах работы мозга по обеспечению высших видов деятельности. Получены данные о жизни отдельных зон мозга, о соотношении коры и подкорки, о компенсаторных возможностях мозга и многое другое. Однако и здесь была проблема: мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, а с помощью электродов можно было наблюдать за десятками, и то не всегда теми, которые нужны для исследования, а теми, рядом с которыми оказался лечебный электрод.

В семидесятые годы в связи с резким усовершенствованием элементной базы электроники в мире совершилась техническая революция. Появились персональные компьтеры. Появились методические возможности еще более полно исследовать внутренний мир нервной клетки, и, что очень важно для нас, появились новые методы интроскопии. Это магнитоэнцефалография, функциональная магнито-резонансная томография и позитронно-эмиссионная томография. Новые вычислительные возможности практически реанимировали исследования мозгового обеспечения высших функций с помощью электроэнцефалографии и вызванных потенциалов. Таким образом, новые технологические возможности построили фундамент для нового прорыва. Реально это произошло в середине восьмидесятых годов.

Таким образом, научный интерес и возможность его удовлетворения наконец совпали. Видимо, поэтому Конгресс США объявил девяностые годы декадой изучения человеческого мозга. Эта инициатива быстро стала международной. Сейчас во всем мире над исследованием человеческого мозга трудятся сотни лучших лабораторий.

Надо сказать, что у нас в то время (здесь не проведение сравнения, а констатация) в верхних эшелонах власти было много умных и болеющих за державу людей. Профессионалов, думающих и о благе страны. Поэтому и у нас поняли необходимость исследования мозга человека и предложили на базе коллектива, созданного и руководимого академиком Н.П.Бехтеревой, организовать Институт мозга человека РАН как научный и практический центр по исследованию именно человеческого мозга и созданию на этой основе новых методов лечения его заболеваний.

Что отличает ИМЧ РАН от других физиологических и медицинских институтов сходного профиля?

Мы исследуем прежде всего именно то, что делает человека человеком. Наш институт специально ориентирован на исследование того, что нельзя изучать на животных. Традиционно большая часть исследований мозга проводится на животных, однако данные, полученные на кроликах или крысах, не всегда дают адекватное представление о работе мозга человека. Есть явления, которые могут быть изучены только на человеке. Например, одна из тем, разрабатываемых в лаборатории позитронно-эмиссионной томографии, это исследование мозговой организации обработки речи, ее орфографии и синтаксиса. Согласитесь, что это трудно исследовать на крысе. Мы проводим психофизиологические исследования на добровольцах с применением т.н. неинвазивной техники. Проще говоря, не «залезая» внутрь мозга и не причиняя особенных неудобств: например, томографические обследования или картирование мозга с помощью электроэнцефалографических методик.

Но бывает, что болезнь или несчастный случай “ставят эксперимент” на человеческом мозге: например, у больного нарушается речь или память. В этой ситуации можно исследовать те области мозга, работа которых оказалась нарушена. Или наоборот, у пациента утерян или поврежден кусочек мозга, и ученым предоставляется уникальная возможность изучить, какие свои “обязанности” мозг не может выполнять с таким нарушением. Эта методология появилась еще в незапамятные времена, расцвела во второй половине XIX века и успешно используется по сей день. Недопустимо ставить эксперименты на человеке, но болезнь - это как бы эксперимент, поставленный самой природой, и в процессе ее лечения получается неоценимая информация о механизмах работы мозга.

Главные направления деятельности института - фундаментальные исследования организации мозга человека и его сложных психических функций: речи, эмоций, внимания, памяти, творчества. У здоровых испытуемых и у больных. Одновременно ученые должны вести поиск методов лечения тех больных, у которых эти важные функции мозга нарушены. Именно поэтому одним из главных направлений нашей работы является оптимизация диагностики и лечения болезней мозга. Для этой цели при институте существует клиника на 160 коек. Две задачи - исследование и лечение - неразрывно связаны в работе наших сотрудников. Соединение фундаментальных исследований и практической работы с больными было одним из основных принципов работы института, разработанных его научным руководителем Натальей Петровной Бехтеревой.

Именно наличие клиники во многом определяет возможности фундаментальных и прикладных исследований ИМЧ. Поэтому прежде всего несколько слов о ней. У нас прекрасные высококвалифицированные доктора и медсестры. Без этого нельзя: ведь мы на переднем крае, и нужна высочайшая квалификация, чтобы выполнять нерутинное, новое. У нас выполняются практически все стандартные манипуляции и наряду с ними и хирургическое лечение эпилепсии и паркинсонизма, проводятся психохирургические операции, в том числе и хирургическое лечение обусловленного героином обсессивно-компульсивного синдрома, знаменитая «пересадка мозга», точнее имплантация фетальной мозговой ткани, лечение магнитости-муляцией мозга, лечение афазии с помощью электростимуляции и многое другое. Накоплен десятилетний опыт клинических обследований с помощью позитронно-эмиссионной томографии. На рисунках приведена малая толика того, что может диагносцировать этот метод томографии. У нас лежат тяжелые больные, и мы стараемся помочь с помощью вышеперечисленных методов даже тогда, когда все остальные попытки были неудачны. Конечно, это удается не всегда. Но безграничных гарантий в лечении людей дать невозможно, а если кто-то дает их, это всегда вызывает очень серьезные сомнения.

Практически каждая лаборатория института замкнута на отделения клиники, и это залог непрерывного появления новых методик и подходов в лечении.

Своего рода неизбежное для нашего Института мозга человека направление - исследование высших функций мозга: внимания, памяти, мышления, речи, эмоций, творчества. Этими проблемами занимаются несколько лабораторий, в том числе та, которой руковожу я, лаборатория академика Н.П. Бехтеревой, лаборатория доктора биологических наук лауреата Государственной премии СССР Ю.Д.Кропотова. Эти фундаментальные исследования - одна из основных теоретических линий ИМЧ. Присущие только человеку или особенно ярко проявляющиеся у человека функции мозга исследуются с помощью различных подходов: «обычная» электроэнцефалограмма, но на новом уровне картирования мозга, вызванные потенциалы также на новом уровне, регистрация этих процессов совместно с импульсной активностью нейронов при непосредственном контакте с мозговой тканью в условиях лечебно-диагностического применения имплантированных электродов и, наконец, техника позитронно-эмиссионной томографии.

Работы академика Н.П.Бехтеревой в этой области достаточно широко освещались в научной и научно-популярной печати. Она начала планомерное исследование мозгового обеспечения психических явлений еще тогда, когда подавляющее большинство ученых считало это практически невозможным, то есть «можно, конечно», но только в принципе, в далеком будущем, на другой технике. Как хорошо, что хотя бы в науке истина не зависит от позиции большинства, которое, кстати, теперь говорит, что эти исследования необходимы, приоритетны и т.д.!

Хотел бы отметить некоторые интересные результаты, не наиважнейшие, а те, о которых хочется упомянуть в рамках статьи. Детектор ошибок. Каждый из нас сталкивался с его работой. Вы уходите из дома, и уже на улице Вас начинает терзать странное чувство: «Что то не так.» Вы возвращаетесь - так и есть, забыли выключить свет в ванной. То есть вы пропустили стереотипное действие, и в мозге сразу включается контрольный механизм. Этот механизм был найден в середине шестидесятых, описан Н.П.Бехтеревой и сотрудниками в литературе, в том числе и западной. В начале девяностых была обнаружена детекция ошибок не только в глубоких структурах, но и в коре. В исследованиях нейронных механизмов детекции ошибок в процессе мыслительной деятельности статистически достоверно подтверждено отличие реакции ограниченного количества нейронных популяций теменной коры правого полушария (поле 7) и роландовой борозды (поле 1- 4) в виде фазического увеличения частоты разрядов только в пробах с ошибочным выполнением задачи. В верхнетеменной коре обнаружены две нейронные популяции, в которых селективные реакции на ошибочное выполнение теста наблюдали только во время извлечения из краткосрочной памяти. В одной нейронной популяции, в перироландовой коре, такого рода реакции обнаружены только во время запоминания, а в другой, в теменно-височной области, эти реакции обнаруживались и во время запоминания, и во время извлечения из краткосрочной памяти при ошибочном выполнении теста.

Сейчас детектор ошибок «вновь открыт» на Западе людьми, знающими работы наших ученых, но не гнушающимися прямым, скажем, заимствованием у «those russians». Он даже назван был именно так, как в работах Н.П.Бехтеревой. Вообще, кстати, исчезновение великой державы, мягко говоря, изменило отношение к нам. Случаев прямого плагиата стало больше.

Исследование по так называемому микрокартированию мозга. В наших исследованиях были обнаружены микрокорреляты различных видов деятельности. Микро- здесь значит на уровне отдельных групп клеток. Мы нашли даже такие неожиданные механизмы, как детектор грамматической правильности осмысленной фразы. Например, «голубая лента» и «голубой лента». Смысл понятен в обоих случаях. Но есть одна маленькая, но гордая группа нейронов, которая «взвивается», когда грамматика нарушена и сигнализирует об этом мозгу. Зачем это нужно? Вероятно, затем, что понимание речи часто идет именно при анализе грамматики (вспомним «глокую куздру» академика Щербы), и, если с грамматикой что-то не так, надо проводить добавочный анализ.

Найдены корелляты разницы между конкретными и абстрактными словами, счета. В дополнение к широко распространен-ной точке зрения о локализации центров счета и арифметических операций в коре головного мозга человека показано, что определенные нейронные популяции в подкорковых структурах играют важную роль в мозговых механизмах обеспечения процессов переработки цифр. При этом в подкорковых структурах так же, как и в коре головного мозга человека, существуют нейронные популяции, селектив-но обеспечивающие различные этапы процессов переработки цифр: такие как восприятие физических характеристик предъявляемой информации, собственно операции счета и арифметические операции, называние цифр, подготовка будущего моторного ответа. Полученные данные подтверждают теорию мозгового обеспечения психической деятельности корково-подкорковой системой со звеньями различной степени жесткости.

Показаны различия в работе нейронов при восприятии слова родного языка (чашка), квазислова родного языка (чохна) и слова иностранного (вахт - время по азербайджански). Это означает, что нейронная популяция (совместно со всем мозгом, конечно) практически мгновенно анализирует фонетическую(?) сруктуру слова и относит ее к типам: понимаю, не понимаю, но что-то знакомое и явно не понимаю.

Обнаружено различное вовлечение в обеспечение деятельнос-ти нейронов коры и глубоких структур. В глубоких структурах в основном наблюдается увеличение частоты разрядов не очень специфичное относительно зоны. Как если бы каждую задачу решают всем миром. Совершенно другая картина в коре. Высокая локальная специфичность ответов. Нейрон говорит: «А ну-ка, ребята, помолчите, это мое дело, и я буду его решать сам». И действительно, все нейроны, кроме некоторых, понижают частоту импульсации, а только избранные мозгом для данной деятельности ее повышают.

Одним из основных направлений работы лаборатории является исследование механизмов мозгового обеспечения эмоций. С помощью анализа вызванных потенциалов, зарегистрированных из имплантированных электродов и со скальпа, с помощью анализа результатов ПЭТ показано участие ряда образований коры и подкорки в обеспечении запуска эмоций, развития положительных и отрицательных эмоций. На рисунке продемонстрирована сложная система связей между корковыми структурами, возникающая при обеспечении эмоций.

В настоящее время под руководством Н.П.Бехтеревой организованы исследования мозгового обеспечения творчества, то есть деятельности, результатом которой не являются механические или заранее запрограммированные действия с информацией, предъяв-ляемой в задании. Поясним на примере задания, похожего на то, которое нами реально использовалось в исследовании. Если испытуе-мому предъявить слова: “я, вечер, выходить, сад, дышать, свежий, воздух” и попросить составить из них рассказ, то его содержание очевидно. А если то же задание, но слова: “я, вечер, экзистециализм, электрон, утка, радар, балет, кабан?” Попробуйте связать их в историю. В настоящее время нельзя еще говорить о законченности этого исследования, но можно сказать, что удалось обнаружить корреляты творческой деятельности и в ЭЭГ, и в мозговом кровотоке, исследуе-мом с помощью ПЭТ. А ведь это значит, что удалось подсмотреть организацию, может быть, самой человеческой из известных деятельностей.

Вообще, благодаря технике позитронно-эмиссионнной томографии (или сокращенно ПЭТ), стало возможно детальное изучение одновремено всех областей мозга, отвечающих за сложные “человеческие” функции мозга. Суть метода состоит в том, что малое количество изотопа вводят в вещество, участвующее в химических превращениях внутри клеток мозга, а затем наблюдают, как меняется распределение этого вещества в интересующей нас области мозга. Если к этой области усиливается приток глюкозы с радиоактивной меткой - значит, увеличился обмен веществ, что говорит об усиленной работе нервных клеток на этом участке мозга.

А теперь представьте, что человек выполняет какое-то сложное задание, требующее от него знания правил орфографии или логического мышления. При этом у него наиболее активно работают нервные клетки в области мозга, “ответственной” именно за эти навыки. Усиление работы нервных клеток можно зарегистрировать с помощью ПЭТ косвенно, по увеличению локального кровотока в активированной зоне. (Более ста лет назад было показано, что усиленная работа нервных клеток приводит к увеличению локального мозгового кровотока в этой области.)

Таким образом, удалось определить, какие области мозга “отвечают” за синтаксис, орфографию, смысл речи и за решение других задач. Мы предъявляем испытуемым различным образом организованные задания, при выполнении которых необходимо «задействовать» определенные свойства речи. Например, отдельные слова, предложения, связный текст. Сравнивая ПЭТ изображения, получаемые при этой деятельности, мы можем определить, где в мозге происходит обработка отдельного слова, где синтаксиса, а где смысла текста. Видны зоны, активирующиеся при предъявлении слов, неважно, надо ли было их читать или нет. Зоны, отвечающие за смысл текста, и другие. Интересно, и это будет рассмотрено ниже, что удалось обнаружить зоны, активирующиеся, чтобы «ничего не делать».

В исследованиях мозговых механизмов восприятия речи по результатам ПЭТ исследования с использованием локального кровотока обнаружено, что при чтении текста основные изменения происходят в области левой височной доли (38, 22, 43, 41, 42, 40 и 38 поля), 3, 4, 6, 44, 45, и 46 полей и справа в области 22, 41, 42, 38, 1, 3, и 6 полей. Сопоставление с данными других исследователей позволяет соотносить некоторые из этих результатов с процессами запоминания, чтения слов, понимания смысла. Появилась возможность выделить области, связанные с восприятием смысла и запоминанием текста, от областей, которые связаны с обработкой отдельных слов. Эти результаты коррелируют с полученными ранее с помощью анализа нейронной активности. Были также подтверждены результаты, полученные при исследовании нейронной активности, о вовлечении в обеспечение речи, наряду с классическими зонами, участков мозга, расположенных в других областях. При исследовании мозгового обеспечения речи картированы области коры мозга человека, участвующие в обеспечении различных стадий анализа орфографиче-ских и синтаксических характеристик. Показано, что медиальная экстрастриарная кора вовлечена в обработку орфографической струк-туры слов; значительная часть левой верхневисочной коры (зона Вернике) наиболее вероятно участвует в произвольном семантическом анализе, и менее вероятно - обработке синтаксической структуры; нижняя лобная кора левого полушария является звеном системы вербального семантического анализа, ее возможное участие в синтаксической обработке ограничено обработкой словоформ и функциональных слов, но не порядка их следования в предложении; в определение синтаксической структуры фразы на основе анализа порядка следования слов вовлечена передняя часть верхневисочной коры. На основе анализа мозгового кровотока удалось показать, что, когда человеку предъявляется связный текст даже без необходимости его читать,- задание было считать появления определенной буквы - мозг тем не менее существенно, более интенсивно вовлекается в обработку лингвистических характеристик стимулов, что выражается в активации определенных зон, чем при предъявлении с тем же заданием тех же слов, но несвязанных, перемешанных в случайном порядке.

Очень важна проблема мозгового обеспечения внимания у человека. Ею в нашем институте занимается и моя лаборатория, и лаборатория Ю.Д.Кропотова. Исследования ведутся совместно с коллективом ученых под руководством финского профессора Р.Наатанена, который открыл электрофизиологические корреляты так называемого механизма непроизвольного внимания. Чтобы понять, о чем идет речь, представьте ситуацию: охотник крадется по лесу, выслеживая добычу. Но он и сам является добычей для хищного зверя, которого не замечает, потому что настроен только на поиск оленя или зайца. И вдруг случайный треск в кустах, может быть, и не очень заметный среди птичьего щебета и шума ручья, мгновенно переключает его внимание, подает сигнал: “рядом опасность”. Механизм непроизвольного внимания сформировался у человека в глубокой древности как охранный механизм, но работает и сейчас: например, человек ведет машину, слушает радио, слышит крики детей, играющих на улице, воспринимает все звуки окружающего мира, внимание его рассеянно, и вдруг тихий стук мотора мгновенно переключает его внимание на машину - он осознает, что с двигателем что-то не в порядке (кстати, это принципиально схожее с детектором ошибок явление). Такой переключатель внимания работает у каждого человека. Нами обнаружены ПЭТ корелляты этого механизма, а Ю.Д.Кропотовым - электрофизиологические корелляты у больных с имплантированными электродами. Смешное. Мы закончили эту работу перед очень важным и престижным симпозиумом. В спешке. Поехали туда, и там, где у нас двоих были доклады, мы с удивлением и «чувством глубокого удовлетворения» неожиданно заметили, что активация в одних и тех же зонах. Да, иногда двоим сидящим рядом надо поехать в другую страну, чтобы поговорить.

Что же мы получили? Исследованы ПЭТ корреляты неосознанного внимания, т.н. феномена негативности рассогласования - непроизвольное переключение внимания к девиантным акустическим стимулам. Проведены иследования негативности рассогласования при предъявлении как простых слуховых стимулов (тонов), так и более сложных: аккордов и фонем. При всех этих видах стимулов обнаружены сходные корреляты негативности рассогласования. Первый паттерн активаций расположен в верхневисочных отделах (слуховой коре) обоих полушарий, что указывает на реакцию на изменение тональности, даже незначительную, причем более выраженная активация височной коры имеет место, когда девиантные стимулы перемешаны со стандартными, чем при предъявлении только девиантных стимулов. Более выраженная активация присутствовала в правом полушарии, что соотвествует предшествующим электрофизиологическим данным. Второй паттерн - активации лобной доли, причем они присутствовали как при стимуляции только девиантными, так при сочетании стандартных и девиантных стимулов. В лобной доле имелись фокусы префронтальной активации, что тоже соотвествует предшествующим электрофизиологическим данным, а также в области средней и верхней лобной извилин. Также отмечались активации передних отделов поясной извилины и билатеральные активации задних теменных областей (правосторонняя теменная активация была описана при магнитоэнцефалографии). Активации лобной доли, скорее всего, лежат в основе сознательной уверенности субъекта в изменении стимула, который уже был неосознанно выделен слуховой корой обоих полушарий. Такая роль лобной доли как структуры, обеспечивающей переключение внимания, подтверждается выраженными паттернами активаций, которые вызываются девиантными тонами, когда их предъявляют в чистом виде с относительно длинными, нерегулярными интервалами, что известно из предыдущих исследований. Активации передних отделов поясной извилины и теменной коры могут включаться в мозговые механизмы переключения внимания. Дополнительно была выявлена активация коры островка Рейли, что не было известно по предыдущим электро- и магнитоэнцефалографическим исследованиям, но подобные активации были получены и по результатам прямой регистрации через вживленные электроды вызванных потенциалов с этих структур в лаборатории программирования действий ИМЧ РАН. Роль этой структуры в обеспечении процессов внимания в настоящее время неизвестна и подлежит дальнейшему изучению. Таким образом, были выявлены паттерны мозговых активаций, проливающие свет на механизмы, с помощью которых девиантные слуховые стимулы вызывают непроизвольное переключение внимания.

Если механизмы внимания нарушаются, то можно говорить о болезни. В лаборатории Ю.Д. Кропотова изучают детей с так называемым дефицитом внимания и гиперактивностью. Это трудные дети, чаще мальчики, которые не могут сосредоточиться на уроке, их часто ругают дома и в школе, а на самом деле их нужно лечить, потому что у них нарушены некоторые определенные механизмы работы мозга. Еще недавно это явление не рассматривалось как болезнь, и лучшим методом борьбы с ним считались «силовые» методы. Мы сейчас можем не только определить наличие этого заболевания, но и предложить лечение таких трудных детей.

Синдром дефицита внимания характеризуется тремя компонентами: 1) невнимательностью - невозможностью в течение длительного времени концентрироваться на одном каком-либо деле; 2) импульсивностью - невозможностью задержать ответную реакцию на изменения в окружающей среде с целью более внимательного анализа этих изменений; 3) патологической отвлекаемостью - чрезмерной ориентировочной реакцией на любой внешний раздражитель, не имеющий отношения к заданию. Очень часто эти нарушения сопровождаются гиперактивностью, т.е. таким состоянием, когда общая двигательная и речевая активность значительно превышает таковую в норме. Он отмечается у 5-10% школьников. Это нарушение поведения не позволяет детям, страдающим этим заболеванием, адаптироваться в школе и семье, оно вызывает негативные реакции у родителей, учителей и даже сверстников, влечет за собой плохую успеваемость и очень часто в конечном счете приводит к алкоголизму, наркомании и другим антисоциальным проявлениям. Именно из-за этих последствий, синдром дефицита внимания находится под пристальным вниманием у медиков, учителей и ученых в США, Японии и западной Европе. В этих странах значительные средства из бюджета и частного капитала тратятся на профилактику, диагностику и лечение этого заболевания. Начиная с 1995 года лаборатория нейробиологии программирования действий Института мозга человека РАН включила в план своей научной работы исследования электрофизиологических коррелят дефицита внимания с целью использования их для объективной диагностики этого заболевания.

Однако хочется огорчить некоторый молодых читателей. Далеко не каждая шалость связана с этим заболеванием, и тогда . . . «силовые»методы оправданы.

Человек, живя в сложном и постоянно меняющемся мире, обладает огромным репертуаром программ действий, которые он способен выполнять в различных ситуациях. Эти действия охватывают простые и сложные перцептивные функции (такие как оценка цвета или формы зрительного изображения), различные мыслительные операции (такие как арифметический счет или игра в шахматы), целенаправленные двигательные акты (такие как поворот головы в нужном направлении и передвижение шахматной фигурки). В каждый момент времени человек выбирает (селектирует) из всего этого огромного набора программ действий только те, которые наиболее адекватны в данной ситуации. Мозговые процессы, ответственные за этот выбор, обычно объединяются под названием процессы управления (в широком смысле) или селективное внимание и двигательная установка (в узком смысле). В исследованиях лаборатории Кропотова показано, что механизмы центрального контроля разделяются на процессы вовлечения в необходимое действие (инициация, селекция сенсорно-двигательно-когнитивного акта) и процессы подавления ненужного действия. Эти два механизма связаны с прямым и обратным путями в цепях, соединяющих кору, базальные ганглии, таламус и кору в сложную петлю обратной связи. Показано, что процессы вовлечения и подавления обнаруживаются в положительных компонентах вызванных потенциалов, регистрируемых с поверхности кожи головы, причем у детей с синдромом нарушения внимания и гиперактивностью компоненты вовлечения и подавления значимо уменьшены по амплитуде. На основе результатов этих исследований можно предположить, что у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивностью механизмы вовлечения и подавления действий нарушены вследствие гипофункции базальных ганглий.

Почему это важно сейчас? Потому, что появился объективный критерий для диагностики этого синдрома и контроля за его лечением. Как оказалось в ходе мночисленных исследований, в некоторых случаях лечить надо не детей (у них-то как раз все в порядке с мозгом), а их родителей, которые предъявляют слишком высокие требования к своим чадам. Применение нового метода диагностики позволило не только правильно поставить диагноз, но и проследить, насколько тот или иной метод эффективен для лечения заболевания.

Кроме того в лаборатории предложен новый метод лечения, основанный на феномене биологической обратной связи, когда рассогласование между теми биопотенциалами, которые должны быть в норме, и теми, которые реально есть, выводится в той или иной форме на монитор, и пациент пытается «тренировать» свой мозг так, чтобы максимально приблизиться к норме. Как ни странно это описание звучит, но этот метод приносит неплохие результаты и, что особенно важно, в отличие от медикаментозной терапии абсолютно безвреден. В лаборатории Ю.Д. Кропотова также пытаются найти другие эффективные методы лечения. Используются методы активизации метаболической активности мозга: метод микрополяризации и электростимуляции мозга через накожные электроды, а также методы фитотерапии.

Проведенные психофизиологические исследования с регистрацией вызванных потенциалов мозга показали наличие нескольких подгрупп больных с поставленным диагнозом нарушения внимания, относящихся к нарушению различных функций внимания у человека, причем каждая из этих подгрупп требует своих адекватных методов лечения. То, что может давать хорошие результаты у детей с доминирующим нарушением процессов вовлечения в деятельность, не работает у детей с доминирующим нарушением процессов торможения и наоборот. Вот почему важно наличие целого спектра методик лечения синдрома нарушения внимания. Вылечивая таких детей, мы вносим свой вклад в дело профилактики наркомании и алкоголизма, поскольку именно эти дети входят в группу риска по этим порокам. Как показывает зарубежная статистика, вероятность стать наркоманом или алкоголиком у таких детей на порядок выше, чем у нормальных детишек. Дети без “тормозов” легко вовлекаются в преступные компании, начинают стимулировать себя наркотиками и алкоголем. Заметим в скобках, что на западе для лечения детей с нарушением внимания используются психостимуляторы (такие как Ритлин), механизм действия которых сходен с действием кокаина. Поэтому в США в шутку говорят о двух наркомафиях: колумбийской и фармацевтической. Мы в России в нашем Институте пытаемся найти другие альтернативные способы лечения. И нам это удается!

Кроме непроизвольного внимания есть еще и селективное. Так называемое внимание на коктейль приеме. Все говорят разом, а вы следите только за собеседником, подавляя неинтересную вам болтовню соседа справа. Похожая ситуация изображена на рисунке. В оба уха расказывают истории. Разные. В первом случае следим за историей в правом ухе, а во втром - в левом. Видно, как меняется активация областей мозга. Заметим, кстати, что активация на историю в правое ухо значительно меньше. Почему? А потому, что большинство людей берут телефон в правую руку и прикладывают его к правому уху. Поэтому следить за историей в правом ухе проще.

Показано, что слуховое селективное внимание при бинауральной стимуляции избирательно активирует области височной коры, специфичные для слухового предъявления сигналов. Эти результаты согласуются с мировыми данными, подтверждая, что и степень выраженности этой полушарной латерализации также зависит от направления внимания. Наши данные указывают, что этот эффект латерализации (односторонности) сконцентрирован в первичной слуховой коре, причем селективное внимание к латерализованным звукам усиливает активность слуховой коры преимущественно в первичных слуховых зонах контрлатерально направлению подачи стимулов. То есть слуховая кора селективно настраивается в соответствии с направлением внимания, что обычно не определяется при экстракраниальной регистрации электрической или магнитной активности мозга. Наиболее вероятно, что имеющая место полушарная латерализация активации слуховой коры, ассоциирующаяся с пространственно сфокусированным слуховым вниманием, вызвана подготовительной настройкой на внимание левой и правой слуховой коры в соотвествии с направлением внимания, предшествующей предъявлению стимулов и происходящей при фокусировке пространственого внимания. Префронтальная кора представляется вовлеченной в контроль за вниманием, т.к. в ряде работ в ней было выявлено усиление локального мозгового кровотока и усиление электрической активности. В наших исследованиях усиление префронтальной активности, особенно в ее дорзолатеральном отделе, ассоциируется с контролем настройки внимания правой и левой слуховой коры, причем большая выраженность активаций в лобной области при слуховом по сравнению со зрительным селективным вниманием вызвана, скорее всего, большим когнитивным усилием для выполнения слуховой дискриминации, когда внимание должно было быть направлено на один из двух конкурирующих потоков стимулов, тогда как выполнение задания на зрительное внимание не требовало внутримодального селективного внимания. Таким образом, было показано: слуховая кора селективно настраивается в соотвествии с направлением внимания. Эта настройка контролируется префронтальным исполнительным механизмом, что проявляется усилением префронтальной активности при слуховом селективном внимании.

А что будет, если еще и на мониторе третий текст, а следить нужно за слуховым или за текстом на мониторе. Мы упоминали о зонах, активированных, чтобы не делать что-то. Вспомните знаменитое «не думай о белой обезьяне». Оказалось, что если предъявлять одновременно три рассказа: один в одно ухо, один в другое и один на мониторе, и просить следить за одним (селективное внимание), то появляющиеся активации не так просто объяснить. Казалось бы, при внимании к зрительно предъявляемому рассказу должны сильнее активироваться затылочные (зрительные) отделы коры, а при внимании к рассказу, предъявляемому в ухо, височная (слуховая) кора. Так нет! При слуховом внимании активированы область клина и предклинья, то есть ассоциативная зрительная кора. Почему? Мы еще точно не можем ответить, но очень вероятным представляется, что значимая и адекватная, зрительно предъявляемая информация все равно анализируется мозгом и она проходит различные структуры, сравнивается с содержимым памяти и возвращается обратно в область клина с вердиктом: «Да, это осмысленная и значимая информация, и она означает то-то и то-то”. Но задание-то другое, эта информация не просто не нужна, наоборот, она вредна, она мешает. И наблюдаемая активация и отражает работу в «нештатном» режиме, когда “нельзя думать о белой обезьяне”.

Другое исследование на ПЭТ, имеющее выход в клинику. Есть такое понятие как тревожность. В общем из названия можно понять, что это такое. Каждый человек характеризуется в какой-то момент определенным ее уровнем, определяемым с помощью специального и довольно простого опросника. Условно можно разбить опрашиваемых на три группы: высокий уровень, средний и низкий. Какими структурами мозга определяется этот уровень? Оказалось, что не одной структурой, а целым набором. Именно их согласованное состояние и определяет уровень тревожности. При этом логично было бы предположить, что чем выше тревожность, тем больше (или меньше) активация структуры. Оказалось, что все сложнее и интереснее. Действительно, в одной области уровень активации линейно коррелирует с уровнем тревожности. Зато в парагиппокампальной извилине слева активация минимальна при среднем уровне тревожности, а при его повышении или понижении она возрастает. Таким образом, налицо система из большого числа структур, причем каждое звено играет свою особую роль.

Отдельно хочу сказать о методе электрической стимуляции при восстановлении зрения и слуха. Это, казалось бы, невозможное при почти полной атрофии зрительного или слухового нерва - после серии стимуляций человек начинает видеть или слышать. Теоретическое обоснование этого явления еще далеко от полного понимания, однако показано, что при электростимуляции глаза происходят сложные перестройки в электрической активности всего мозга, то есть включаются сложные компенсаторные процессы, и выделяются различные биологически активные вещества, которые резко стимулируют восстановление поврежденных нервов.

Здесь хочу рассказать о методе лечения, который называется фантастически: пересадка мозга. Эта операция впервые в нашей стране была сделана в ИМЧ. Суть ее схематически заключается в том, что в мозг пересаживается участок мозга человеческого эмбриона и начинает продуцировать вещества, недостаток которых приводит к болезни, например болезни Паркинсона. Этот чужой кусочек мозга может прижиться потому, что в мозге нет реакции отторжения. Однако оказалось, что не только такая прицельная пересадка мозга, когда чужие клетки берутся из определенных структур мозга эмбриона (полученного при легальном аборте) и вводятся в определенные структуры мозга реципиента, оказывает лечебный эффект. Если «просто» взять и подсадить нервную ткань эмбриона в брюшную стенку, он, конечно, не приживется, однако содержащиеся в нем активные вещества оказывают чрезвычайно стимулирующее действие на организм человека, и такое лечение помогает при эпилепсии, коматозном состоянии и т.п.

Эта задача связана с тем, что мозг человека находится в его теле. Нельзя понять его работу, не рассматривая все богатство взаимодействия мозговых систем с различными системами всего организма. Иногда это очевидно: выброс в кровь адреналина заставляет мозг перейти на новый режим работы. В здоровом теле - здоровый дух - это именно о взаимодействии тела и мозга. Однако далеко не все здесь понятно. Это взаимодействие, безусловно, важно исследовать.

Сегодня можно сказать, что многое известно о том, как работает одна нервная клетка, многие белые пятна насыщены смыслом на карте мозга, определены области, отвечающие за многие психические функции. Но между клеткой и областью мозга находится еще один, очень важный уровень - совокупность нервных клеток, ансамбль нейронов. Здесь пока еще много неясного. С помощью ПЭТ мы можем проследить, какие области мозга “включаются” при выполнении тех или иных задач, а вот что происходит внутри этих областей, какие сигналы посылают друг другу нервные клетки, в какой последовательности, как они взаимодействуют между собой, об этом мы пока знаем мало. Хотя определенный прогресс есть и в этом направлении. Здесь микрокартирование позволило расшифровать, какие физиологические процессы происходят в нижне-задних отделах лобной доли, по ПЭТ данным связанным с обеспечением семантики.

Раньше считали, что мозг поделен на четко разграниченные участки, каждый из которых “отвечает” за свою функцию, - это зона сгибания мизинца, а это зона любви к родителям. Эти выводы основывались на простых наблюдениях: если данный участок поврежден, то нарушена и связанная с ним функция. Со временем стало ясно, что все более сложно: нейроны внутри разных зон взаимодействуют между собой весьма сложным путем, и нельзя осуществлять везде четкую “привязку” функции к области мозга в том, что касается обеспечения высших функций. Можно только сказать, что эта область имеет отношение к речи, к памяти, к эмоциям. А сказать, что этот нейронный ансамбль мозга (не кусочек, а сеть, распределенная), и только он отвечает за восприятие букв, и в нем происходит то и то (определенно на уровне клеток), а этот - слов и предложений, задача будущего.

Обеспечение мозгом высших видов деятельности похоже на вспышку салюта: мы видим сначала множество огней, а потом они начинают гаснуть и снова загораться, перемигиваясь между собою, какие-то кусочки остаются темными, другие вспыхивают. Так же и сигнал возбуждения посылается в определенную область мозга, но деятельность нервных клеток внутри нее подчиняется своим особым ритмам, своей иерархии. В связи с этими особенностями разрушение одних нервных клеток может оказаться невосполнимой потерей для мозга, а другие вполне могут заменить соседние, “переучившиеся” нейроны. Каждый нейрон должен рассматриваться обязательно внутри всего скопления нервных клеток. Сейчас основная задача - расшифровка нервного кода, то есть понимание того, как конкретно обеспечиваются высшие функции. Скорее всего это можно будет сделать через исследование кооперативных эффектов в мозге, взаимодействия его элементов. Исследование того, как отдельные нейроны объединяются в структуру, а структура в систему и в целостный мозг. Это главная задача следующего века.

Лаборатория функциональных состояний, которой руководит профессор, лауреат Государственной премии СССР В.А.Илюхина, ведет разработки в области нейрофизиологии функциональных состояний головного мозга. Что это такое? Каждый знает, что одно и то же воздействие, одна и та же фраза иногда диаметрально противоположно воспринимается человеком в зависимости от того, что называется текущим функциональным состоянием мозга и организма. Это похоже на то, как одна и та же нота, извлекаемая из органа, имеет разный тембр в зависимости от регистра. Наш мозг и организм - сложнейшая многорегистровая система, где роль регистра играет состояние. Практически можно сказать, что весь спектр взаимоотношений человека с окружающей средой во многом определяется его функциональным состоянием. Это касается и того, возможен ли «срыв» человека-оператора за пультом управления сложнейшей машиной и особенностей реакции больного на принимаемое лекарство.

Задачей лаборатории и является исследование функциональных состояний, того, какими параметрами они определяются, как эти параметры и сами состояния зависят от состояния регуляторных систем организма, как внешние и внутренние воздействия изменяют состояния, иногда вызывая болезнь, и как в свою очередь состояния мозга и организма влияют на течение заболевания и действие лекарственных средств. Показано, что, как и реакция целостного организма, реакции отдельных структур модулируются, зависят от их состояния или, по терминологии автора, от уровня относительно стабильного функционирования (УОСФ). На основе этих исследований сформулированы представления о иерархическом принципе организации мозговых систем и о роли сверхмедленных процессов как управляющих состоянием мозговых структур. Обнаружено, что пространственное распределение УОСФ на больших территориях мозга и удержание относительной устойчивости состояния мозга обусловлено реципрокным уравновешиванием уровней относительно стабильного функционирования зон мозговых структур. Этот феномен работает таким образом, чтобы сохранить без существенных изменений текущее состояние структуры и ряда функционально связанных структур при возможности его локальных изменений в отдельных зонах. В количественном выражении УОСФ определяется по знаку, величине, времени устойчивости значений одного из видов сверхмед-ленных физиологических процессов - устойчивого потенциала милливольтового диапазона (омега-потенциала). В условиях длительных многодневных и многомесячных исследований было обнаружено, что УОСФ определяет амплитудно-временные характеристики спонтанной мультиклеточной импульсной активности нейронов (мощность импульсного потока), тип ЭСКоГ или ЭКоГ, амплитудно-временные характеристики сверхмедленных колебаний потенциалов в диапазоне от 0,05 до 0,5 колебаний в секунду (дзета-, тау-, эпсилон-волны), регистрируемых одновременно в тех же зонах мозговых структур. Спонтанное или вызванное изменение состояния и физиологической активности зон мозговых образований отражалось в вариативности разных видов нейродинамики, что позволяло наблюдать сложноорганизованные пространственно-временные преобразования параллельно протекающих с разными скоростями нейрофизиологических процессов, их соподчиненность и относительную независимость, то есть реально наблюдать динамическую работу этой сложной иерархической системы.

При выполнении экстренных стереотипных видов деятель-ности (активация внимания, готовность к действию, мобилизация краткосрочной памяти) мозговые системы их обеспечения формируют-ся из потенциально физиологически активных звеньев, т.е. готовых в конкретных условиях проявить эту активность. При этом, в зависимости от структуры деятельности, физиологическая активность звеньев систем развертывается в определенной временной последова-тельности с возможным появлением реакции сначала в динамике импульсной активности нейронов и ранних фазах вызванных потенциалов (ВП). Далее, отставлено во времени (латентный период - десятки и сотни мсек) могут возникать изменения поздних компонен-тов ВП, слабых по интенсивности (амплитудой десятки мкВ) сверхмедленных физиологических процессов секундного диапазона (СNV, типовые фазические изменения дзета-волн). Обнаружено, что звенья системы обеспечения экстренных стереотипных видов деятельности сохраняют физиологическую активность до тех пор, пока в связи с экзогенным или эндогенным воздействием не изменится их текущее состояние (УОСФ). Следует подчеркнуть, что изменение УОСФ зон мозговых структур в этих условиях влечет за собой исчезновение физиологической активности одних звеньев и, наоборот, проявлением физиологической активности других.

Реципрокность изменений в различных зонах и перераспределение их активации, по-видимому, является одним их базовых свойств мозга, определяющих его устойчивость и богатство возможностей и защитные функции. Особенно ярко это проявилось в исследованиях мозгового обеспечения эмоций, проведенных под руководством Н.П.Бехтеревой в восьмидесятые годы. Было обнаружено, что у эмоционально сбалансированного человека при развитии какой либо эмоции определенные сдвиги сверхмедленных физиологических процессов, определяемые по величине и знаку омега-потенциала в одних структурах, обычно сопровождаются противоположными по знаку изменениями этого показателя в других структурах. Этот механизм предотвращает запредельное развитие какой-то эмоции, сохраняет человека эмоционально уравновешенным и сбалансированным. При его нарушении развиваются тяжелые эмоциональные расстройства именно потому, что не работает механизм, позволяющий сдержать чрезмерное развитие определенной эмоции. В исследованиях импульсной активности (Медведев, Кроль) было показано, что даже при выполнении чрезвычайно монотонной деятельности при попытке полностью стабилизировать работу мозга происходят эндогенные самопроизвольные перестройки в работе его структур. Другими словами, даже при выполнении монотонной стереотипной психической деятельности система ее обеспечения непрерывно реорганизуется. Таким образом, можно сказать, что для выполнения задачи формируется как бы временный трудовой коллектив, который все время меняется, и все его члены, во-первых, тренированы для выполнения различных задач, а, во-вторых, регулярно имеют возможность передохнуть.

При учете особенностей состояний мозга и организма можно правильно делать выбор между альтернативными путями лечения. Интересно определение адаптационных возможностей человека: можно предсказать, насколько устойчив будет данный индивидуум при каком-либо воздействии, стрессе. Оказалось, что некоторые, даже молодые люди, уже исчерпали свои адаптиционные возможности и даже умеренные нагрузки могут вызвать у них патологическую реакцию. Можно выявлять таких людей и вовремя оказывать им корректирующее лечение.

Актуальной задачей занимается лаборатория нейроиммунологии (профессор, д.м.н. И.Д.Столяров). Сейчас известно, что многие нервные болезни связаны с неправильной работой иммунной системы. Нарушения иммунорегуляции часто приводят к возникновению тяжелых заболеваний головного мозга. Нервная и иммунная системы осуществляют свои защитные функции, находясь в тесном взаимодействии. Их объединяют общие принципы организации, общие молекулы-посредники, значимые для организма в целом регуляторные функции. Обнаруженные закономерности нейроиммунной реакции на чужеродный стимул позволили использовать полученные данные для диагностики и лечения ряда заболеваний головного мозга. Клиницисты и раньше отмечали, что, с одной стороны, разрушение или недоразвитие мозговых стуктур сопровождается иммунодефицитом, с другой стороны, первичные и вторичные иммунодефициты ведут к функциональным нарушениям или заболеваниям головного мозга. В развитии многих хронических болезней нервной системы гораздо большее значение, чем предполагалось, имеют инфекционно-вирусные и далее - иммунопатологические механизмы.

Рассеянный склероз - тяжелое хроническое заболевание головного и спинного мозга, поражающее сравнительно молодых людей 20 - 40 лет. Неясность многих вопросов возникновения и механизмов развития заболевания, трудности диагностики на ранних стадиях развития, разнообразие клинических вариантов течения с быстрой инвалидизацией, отсутствие эффективных методов лечения вывели изучение рассеянного склероза в круг наиболее актуальных задач современной медицины. В лаборатории нейроиммунологии Института мозга человека РАН разработан новый подход, позволяющий одновременно с использованием специфичных иммунологических методов оценки поражения клеток центральной нервной системы применять магнитно-резонансную и позитронно-эмиссионную томографию для визуализации патологического процесса. Принципиальная новизна состоит в том, что данный подход позволяет одновременно оценивать как системные аутоиммунные нарушения при рассеянном склерозе, так и локальные функциональные и морфологические изменения в центральной нервной системе. Комплексное нейроиммунологическое, инструментальное, клиническое обследование пациентов с рассеянным склерозом позволило установить важную роль поражений коры и подкорковых структур в механизмах развития этого заболевания.

Если раньше диагноз «рассеянный склероз» звучал как приговор, то в настоящее время применение современных генноинженерных иммунокорригирующих препаратов позволяет значительно улучшить качество жизни пациента, длительное время сохранять трудоспособность. Для повышения эффективности применения этих препаратов в лаборатории нейроиммунологии были разработаны иммунологические критерии оценки эффективности иммунокорригирующих и генноинженерных лекарственных средств у пациентов с рассеянным склерозом.

Иммунологические механизмы играют роль не только при рассеянном склерозе. Разрушение части мозговой ткани при инсультах также вызывает иммунологические сдвиги. Причем вызванные вторичным иммунодефицитом инфекционные осложнения являются одним из тяжелых, нередко заканчивающимся смертью пациента от этих осложнений инсульта. Исследованиями сотрудников лаборатории нейроиммунологии было показано, что сторона поражения головного мозга при церебральных ишемиях в эксперименте и клинике может определять особенность изменения иммунологической реактивности. А в рамках комплексного развития новых методов лечения и реабилитации постинсультных больных впервые доказано, что применяющиеся теперешними сотрудниками ИМЧ с 1972 года электрические стимуляции структур коры головного мозга при подострых ишемических инсультах сопровождаются нормализацией иммунологических показателей. Своевременно проведенная иммунокорригирующая терапия позволяет существенно снизить тяжесть осложнений или вообще их избежать. Не так давно руководитель этой лаборатории вошел в совет Европейского комитета, занимающегося исследованием и лечением рассеянного склероза.

Вторая половина девятнадцатого и большая часть двадцатого века имели девизом победу над природой. И действительно, человек праздновал одну за другой победу над природой. Он покорял реки и побеждал болезни. Но оказалось, что это были не подчинения природы, а тактическое отступление для перегруппировки ее сил. Сейчас можно привести много примеров, так сказать успешных контратак природы. Это и СПИД, и гепатит С, и многое другое. Природа ответила в частности и тем, что сейчас особенно обострились проблемы, созданные самим человеком, так называемые техногенные. Мы живем в сильных магнитных полях (трамвай, метро, линии электропередач и т.п.), при свете газосветных ламп - мигание 50 герц, часами смотрим на дисплей компьютера - те же герцы, говорим по мобильному телефону и далее . . . Все это далеко не безразлично для человека, и повышенная утомляемость еще не самое страшное. Этими исследованиями занимается лаборатория под руководством д.м.н. Е.Б.Лыскова.

Мы уже не можем жить без телефона, телевизора, без электрического тока и прочих достижений цивилизации. Поэтому необходимы исследования того, как мирно сосуществовать с ними. Например, хорошо известно, что мигающий свет способен вызвать даже эпилептический припадок. Однако удивительно, как самые простые меры могут резко снизить опасность. Противодействие - закройте один глаз, и генерализации не произойдет. Чтобы резко снизить «поражающее действие» радиотелефона - кстати, оно еще точно не доказано, можно просто изменить конструкцию так, чтобы направить антену вниз, и мозг не будет облучаться. Например, в лаборатории показано, что воздействие переменного магнитного поля отрицательно сказывается на обучении. Однако не любого поля, а обладающего определеной частотой и амплитудой. Поэтому именно этих параметров надо стараться избегать. Монитор с частотой развертки 50-60 гц оказывает вредное влияние, особенно если вы сидите близко к нему. Однако, если частоту сделать хотя бы 80 гц, то вредное действие резко уменьшится. Сейчас уже научились выявлять людей группы риска - повышенно чувствительных к техногенным воздействиям. Тем самым объясняя, казалось бы, беспричинные, нервные расстройства. Эта работа проводится в рамках очень тесного международного сотрудничества.

Исследования мозга существенно затруднены сложностью прямого доступа к нему.

При обычной полостной операции рассекается кожа, и практически сразу хирург имеет доступ к интересующему его органу. По окончании операции кожу зашивают и через две - три недели остается только рубец. Мозг закрыт черепом, и для доступа к нему хирургу приходится проводить трепанацию черепа, то есть разрушать какую-то его, иногда не малую, часть. Но это еще не самое страшное. Если поражение находится в глубине мозга, то необходимо до него дойти, раздвигая (и иногда разрушая «по дороге») другие области мозга. Это резко увеличивает травматичность операции и иногда делает ее невозможной, так как этот попутный ущерб может вызвать худшие последствия, чем сама болезнь.

Разрешить это противоречие возможно с применением стереотаксической техники. Стереотаксис - наукоемкая медицинская технология, обеспечивающая возможность малотравматичного, щадящего, прицельного доступа к глубоким структурам головного мозга и дозированное воздействие на них. Стереотаксис вомногом - нейрохирургия будущего, он способен заменить целый ряд “открытых” нейрохирургических вмешательств с широкими костно-пластическими трепанациями на малотравматичные щадящие воздействия.
Современная нейрохирургия использует проверенные временем методики точной локализации поражения в мозге и сегодня это, в первую очередь, осуществляется методами магниторезонансной томографии, разрешение которой перекрывает потребности для определения места хирургического вмешательства. В типичных условиях современной клиники http://госпиталь.укр/нейрохирургия выполняется практически весь спектр нейрохирургической помощи, включая самые современные методы локализации места воздействия.

Суть стереотаксиса: очень точно знать, где в мозге находится структура (мишень), на которую необходимо воздействовать - коагулировать, заморозить, эвакуировать, стимулировать, и через маленькое отверстие в черепе - около сантиметра - ввести тонкий, около двух миллиметров в диаметре, инструмент, который чаще не прокалывает, а как бы раздвигает ткань мозга с минимальным травматическим воздействием. На конце этого инструмента размещен эффектор, который и производит необходимое воздействие. При этом еще исключительно важно точно попасть инструментом в структуру-мишень.

В развитых странах, прежде всего в США, клинический стереотаксис занял достойное место в нейрохирургии. В настоящее время в США насчитывается около 300 нейрохирургов-стереотаксистов, членов Американского стереотаксического общества. Основа стереотаксиса - математика и точные приборы, обеспечивающие прицельное погружение в мозг тонких инструментов. Важную роль в стереотаксисе играют современные методы и приборы интроскопии, которые позволяют “заглянуть” в мозг живого человека. Как указывалось выше, это - позитронно-эмиссионная томография, магнито-резонансная томография, компьютерная рентгеновская томография. “Стереотаксис- мерило методической зрелости нейрохирургии” - мнение ныне покойного нейрохирурга Л.В.Абракова. И, наконец, очень важно для стереотаксического метода лечения знание роли отдельных ядер, «точек» в мозге человека, понимание их взаимодействия, т.е. знание того, где и что именно нужно сделать в мозге для лечения той или иной болезни.

Лаборатория стереотаксических методов Института мозга человека РАН под руководством д.м.н. лауреата Государственной премии СССР А.Д.Аничкова - ведущий стереотаксический центр России. Здесь родилось самое современное направление стереотаксиса - компьютерный стереотакcис с программно-математическим обеспечением, реализуемым на ЭВМ (до этих разработок стереотакси-ческие расчеты проводились нейрохирургами во время операции, или же больной в травматичной раме должен был непосредственно перед операцией подвергаться интроскопии (МРТ или КТ)). Здесь же разработаны десятки стереотаксических приборов, некоторые из которых прошли клиническую апробацию и с помощью которых решались самые сложные задачи стереотаксического наведения. Совместно с коллегами из ЦНИИ “Электроприбор” создана и впер-вые в России серийно выпускается компьютеризированная стереотак-сическая система, которая по ряду основных показателей превосходит аналогичные зарубежные образцы. “Наконец робкие лучи цивилизации осветили наши темные пещеры”, - неизвестный автор.

В нашем Институте стереотаксис применяется при лечении больных, страдающих двигательными нарушениями (болезнью Паркинсона, хореей Гентингтона, другими гемигиперкинезами и др.), эпилепсией, неукротимыми болями (в частности фантомно-болевым синдромом), некоторыми психическими нарушениями. Кроме того, стереотаксис может применяться и применяется для уточненной диагностики и лечения некоторых опухолей головного мозга, лечения гематом, абсцессов, кист мозга. Важно подчеркнуть, что стереотаксические вмешательства (как и все остальные нейрохирургические вмешательства) предлагаются больному только в том случае, если исчерпаны все возможности нехирургического (медикаментозного) лечения, и само заболевание представляет для пациента опасность (или лишает его трудоспособности, десоциализирует его). Естественно, что все операции производятся в клинике ИМЧ только при согласии больного и его родственников, после консилиума специалистов разного профиля.

Можно говорить о двух видах стереотаксиса. Первый, нефункциональный, применяется тогда, когда в глубине мозга имеется какое-то органическое поражение. Например, опухоль. При попытке ее удаления с помощью обычной техники придется проходить через здоровые, выполняющие важные функции структуры, и больному может быть нанесен вред, иногда даже несовместимый с жизнью. Однако эта опухоль хорошо видна с помощью современных средств интровидения: магниторезонансного и позитронно-эмиссионного томографов. Можно рассчитать ее координаты и разрушить ее, или, например (еще один метод, развиваемый в ИМЧ), ввести с помощью малотравматичного тонкого щупа радиоактивные источники, которые выжгут опухоль и за это же время распадутся. Повреждения при проходе сквозь мозговую ткань минимальны, будет уничтожена только опухоль, причем иногда очень сложной формы, очень агрессивная, и уничтожена радикально. Мы провели ряд таких операций несколько лет назад, и до сих пор живут больные, у которых при традиционных методах лечения не было никакой надежды.

Суть этого метода в том, что мы устраняем «дефект», который четко виден. Задача состоит в том, как до него добраться, какой путь выбрать, чтбы не задеть важные зоны, какой адекватный метод устранения «дефекта» выбрать: имплантацию источников, термокоагуляцию или криодеструкцию, но суть одна: мы устраняем то, что четко видим.

Принципиально другая ситуация при «функциональном» стереотаксисе, который применяется при лечении ряда заболеваний, описанных выше. Причина болезни часто заключается в том, что одна маленькая группа клеток или несколько групп, расположенных близко или далеко друг от друга, работают неправильно. Они либо не выделяют необходимые вещества, либо выделяют их слишком много. Они могут быть патологически возбужденными и провоциро-вать здоровые клетки на «нехорошую» активность. Эти нехорошие клетки надо найти и либо уничтожить, либо изолировать, либо (что очень интересно) «перевоспитать» с помощью электростимуляции. Важно то, что здесь нельзя увидеть пораженный участок. Мы должны его вычислить, как Леверье вычислил орбиту Нептуна.

Именно здесь критически важны фундаментальные знания о принципах работы мозга, о взаимодействии его участков, о функциональной роли каждого участка мозга. Важно использовать результаты нового направления, разработанного участником нашей команды, покойным профессором В.М.Смирновым, - стерео-таксической неврологии. Это высший пилотаж. Однако именно на этом пути лежит возможность лечения многих тяжелых заболеваний, в том числе и психических.

Результаты, в том числе, и наших исследований показали, что практически любая сколь-либо сложная деятельность, и особенно психическая, обеспечивается в мозге сложной, распределенной в пространстве и принципиально изменчивой во времени системой, состоящей из звеньев различной степени жесткости. Понятно, что вмешиваться в работу системы значительно сложнее. Тем не менее, сейчас в ряде случаев, о которых будет рассказано ниже, мы это умеем.

Есть нервные клетки, от рождения готовые к своей работе. Это, например, нейроны первичной зрительной коры. Другие воспиты-ваются по ходу онтогенеза и научаются чему-то. Как это происходит? Сначала в обеспечение новой деятельности вовлекается большая группа клеток. Потом по мере ее «стереотипизации» происходит минимизация территорий и количество нейронов, ее обеспечивающих, радикально уменьшается. Остальные клетки как бы забывают то, что они умели делать. Но, как нам удалось показать, не навсегда. Даже после этой специализации они в принципе способны взять на себя выполнение каких-то других задач, они не окончательно “забыли”, как можно работать по-другому. Поэтому можно попытаться заставить их взять на себя работу утраченных нервных клеток, заменить их.

Нейроны мозга работают как команда корабля: один хорошо умеет вести судно по курсу, другой - стрелять, третий - готовить пищу. Но ведь и стрелка можно научить готовить борщ, а кока - наводить орудие. Нужно только объяснить им, как это делается. В принципе это естественный механизм: если травма мозга произошла у ребенка, у него нервные клетки самопроизвольно “переучиваются”. У взрослых же для “переучивания” клеток нужно применять специальные методы.

На этом и основан метод лечения: с помощью точечной электрической или распределенной магнитной стимуляции обучают одни нервные клетки выполнять работу других, которые уже нельзя восстановить. Скорее всего электрическая стимуляция здесь резко и неспецифически активирует область мозга, повышая при этом уровень его пластичности. В этом направлении уже получены хорошие результаты: например, некоторых пациентов с травматическими поражениями областей Брока и Вернике, отвечающей за формирование речи, удалось обучить говорить и понимать речь заново.

Это было перевоспитание нейронов. Но ряд заболеваний мозга, в частности, приводящих к серьезным психическим расстройствам, таким как обсессивно-компульсивный синдром (навязчивые сосотояния), болезнь Жиля де ля Туретта, патологическая агрессивность, возникают из-за гиперактивности определенных структур мозга. Здесь задачей стереотаксической операции является устранение этого очага возбуждения. Это, в принципе, «своя» задача для функционального стереотаксиса. В отличие от метода электростимуляций он применяется тогда, когда имеется «плюс» явление (патологическое возбуждение, перепроизводство какого-либо вещества и связанные с этим гиперкинезы, эмоциональные возбуждения и т.п.) и его нужно уничтожить, и не применяется при «минус» явлениях, когда из-за гипоактивности какого-либо участка мозга возникает, например, плегия.

Рассмотрим это на примере, который сейчас стал очень злободневным: хирургическое лечение обусловленного потреблением наркотиков обсессивно-компульсивного синдрома. Одним из страшных свойств наркотика является привыкание к нему, привыкание настолько, что наркоман становится зависим от него, не может без него жить. Есть два типа зависимости: физическая и психологическая. Первый тип зависимости обусловлен встраиванием героина в механизм потребления энергии клеткой мозга. Клетка привыкает питаться по облегченному (но не эффективному) варианту и не хочет возвращаться к старому и эффективному. Поэтому при прекращении приема наркотика происходит «ломка» - абстиненция, которая крайне мучительна и может кончиться даже смертью наркомана. Однако современная медицина научилась относительно легко и безболезненно справляться с этим, существуют различные, очень эффективные способы устранения физической зависимости, которые с успехом применяются во многих клиниках. Итак, наркоман «отмыт». Его организм более не нуждается в наркотиках. Но он помнит о том великолепном ощущении, которое он испытывал при их употреблении, и всеми фибрами своей души мечтает еще раз его испытать. Это не блажь, это тяжелое психическое заболевание: обсессивно-компульсивный синдром - и противиться этому влечению невозможно. На него не действуют разумные доводы. К сожалению, до сих пор эффективность лечения психологической зависимости от наркотика чрезвычайно низка и составляет от 3 до 8 процентов. Учитывая то, что средний срок жизни героинового наркомана четыре года, можно сказать, что больной обречен. В этом смысле героин можно сравнить с злокачественной опухолью, и, как правило, можно говорить не об излечении, а о сроке выживания, отсрочке страшного конца.

В нашей клинике используется хирургический метод лечения героиново обусловленного обсессивно-компульсивного синдрома. Теоретическое объяснение и самого синдрома, и механизма действия предложенного метода лечения еще не может считаться полностью завершенным, поэтому ниже будет приведена одна из концепций, которую мы считаем наиболее вероятной. Естественно, что в данной статье, рассчитанной на массового читателя, она будет приведена в упрощенной форме, за что приношу свои извинения специалистам.

Патологическое влечение к наркотикам обусловлено запечатлеванием эмоциональной памяти о чувствах, испытанных после его приема. Это эмоциональное возбуждение настолько сильно, что заслоняет собой практически все. Вся жизнь наркомана подчинена идее достижения еще раз такого же состояния. Как и всем психологическим феноменам, этому соответствуют определенные нейрофизиологические процессы. Важнейшей системой, обеспечивающей эмоции, является лимбическая система. Схематически она может быть изображена в виде замкнутого круга, состоящего из различных мозговых структур, и эмоциональные феномены соответствуют определенной импульсации (активации или деактивации) нейронов этих структур. Согласно концепции, которой мы придерживаемся, навязчивое состояние проявляется в появлении в этом круге патологического гипервозбуждения, которое, циркулируя по кругу, по механизму положительной обратной связи выходит на уровень насыщения, подавляет любые другие эмоции и становится неуправляемым. (См. выше о сбалансированности эмоций.) Этот механизм одинаков для навязчивого состояния любой природы. Это то самое реверберирующее возбуждение, которое и определяет основную суть кратковременной памяти. Только обычно такие возбуждения гасятся во время сна, а навязчивое состоянии настолько сильно возбуждено и поддерживается какими-то внешними стимулами, что -нет. Оно продолжает быть активным и после сна, чем и проявляется как навязчивое, постоянное. Естественно напрашивается идея разорвать этот порочный круг. Поэтому еще в шестидесятые годы структуры лимбической системы были предложены в качестве структур-мишеней для операций по поводу обсессивно-компульсивного синдрома. В частности мишень, используемая нами при лечении наркоманов, была предложена в 1962 году. Однако недостаточный методический уровень, существовавший в то время, не позволил этой операции стать широко применяемой. Положение радикально изменилось при внедрении современного стереотаксиса, разработанного, в том числе, и в нашем институте. Оказалось возможным посредством малотравматичного доступа с помощью криозонда наружным диаметром 2.6 мм заморозить небольшой участок поясной извилины между передней и средней ее отделами и тем самым перерезать этот порочный круг. Сама операция предельно малотравматична, это как бы укол в мозг. Выбранный метод воздействия - замораживание выгодно отличается от термокоагуляции и других разрушающих ткань воздействий тем, что оставляет неповрежденными стенки артерий и артериол, тем самым минимизируя опасность кровотечения. Как правило, больной уже на опрерационном столе говорит, что его больше не тянет к наркотикам. Почему? Да потому, что несмотря на то, что он помнит о наркотиках, уже нет этой патологической гиперимпульсации, и эта память эмоционально не окрашена. Да. Он помнит, что кололся, но почему это так здорово, не помнит. Исчезает это сметающее все на своем пути эмоциональное возбуждение, и остается просто память. Интересно, что специально проведенные исследования показали, что профиль личности при этом не меняется, кроме, пожалуй, естественного расширения эмоциональной сферы. Естественно, он думал только о наркотике, а теперь заметил, что есть еще и красивые девушки.

Таков возможный механизм стереотаксического лечения навязчивых состояний разной природы. Это и фантомно болевой синдром, при лечении которого мы и обнаружили исчезновение тяги к наркотикам (больные для облегчения болей вынуждены были принимать наркотики), и другие.

Естественно, однако, что операция остается операцией. Она всегда потенциально опасна, поэтому мы идем на нее только, когда исчерпаны все остальные методы консер-вативного лечения. Таким образом, механизмы лечебного воздействия психохирургических операций, направленных на выключение структур лимбической системы, можно объяснить частичным прерыванием патологической импульсации, которая циркулирует по нервным путям. Эта импульсация, которая является следствием гиперактивности (чрезмерной активности) разных (при разных болезнях) зон мозга, является механизмом, общим для целого ряда хронических заболеваний нервной системы, таких как эпилепсия, навязчивые состояния. Эти пути надо найти и максимально щадяще выключить. Стереотаксические психохирургические вмешательства (их проведено многие сотни и больше всего в США) - современный метод лечения больных, страдающих некоторыми психическими нарушениями (прежде всего - ОКР- обсессивно-компульсивные расстройства, т.е. навязчивые состояния), для которых оказались неэффективными нехирургические методы лечения.

На уровне клеток вся работа мозга связана с химическими превращениями различных веществ, поэтому для нас важны результаты, полученные в лаборатории молекулярной нейробиологии, руководимой профессором С.А.Дамбиновой. В лаборатории исследуют нейрохимические основы функциональной целостности мозга и организма с помощью современных молекулярных подходов. Другими словами, в лаборатории изучают молекулярные процессы, которые связаны с преобразованием простых химических сигналов в сложные интегративные, обеспечивающие функции целого организма. Рассмотрим, как это происходит.

Например, параллельно с физиологическими исследованиями деятельности мозга при двигательных нарушениях проводили изучение метаболизма нейромедиаторов (веществ, передающих информацию от нейрона к нейрону): глутамата, ГАМК, дофамина и серотонина. Было выявлено, что их клиническая динамика у больных паркинсонизмом стабилизировалась при положительном эффекте лечебных электрических стимуляций (ЛЭС). Однако компенсация дефицита дофамина и серотонина с помощью фармтерапии не давала ожидаемого эффекта у больных паркинсонизмом. Только после того, как впервые были обнаружены низкомолекулярные пептидные фракции, которые появлялись непосредственно после ЛЭС и сопровождали улучшение клинического состояния больных - снижение тремора, ригидности и появление положительных эмоциональных реакций, стала ясна их основополагающая роль в нейрохимии движения.

При дальнейшем изучении этих пептидных фракций были выделены и охарактеризованы пептиды тахикининовой группы или пептиды группы субстанции Р. Введение этих пептидов в спинномозговую жидкость больного с помощью разработанного нами совместно с нейрохирургами метода аутогемоликворотрансфузии повторило лечебный эффект ЛЭС и одновременное стимулирование положительных эмоций у больных паркинсонизмом.

Оказалось, что именно эти пептиды регулируют холинолити-ческие и дофаминергические пути и обладают свойствами, тормозящими гиперфункцию пролактина. Долгосрочные эффекты ЛЭС связаны, прежде всего, с нормализацией и компенсацией молекулярного дефицита в системе нейромедиаторы-нейропептиды-нейрогормоны в организации двигательных и тесно связанных с ними эмоциональных реакций. Особенно интересно, что подобные закономерности обнаружились позднее у больных героиновой наркоманией, у которых были выявлены существенные изменения содержания дофамина и серотонина в биологических жидкостях. Поэтому создание новых фармакологических средств на основе обнаруженных нейропептидов является весьма перспективным направлением в лечении паркинсонизма, наркомании и депрессивных состояний.

Для того, чтобы понять конкретные механизмы, лежащие в основе двигательных и эмоциональных функций мозга, необходимо было изучить следующий, по иерархии передачи сигнала, межклеточный нейрорецепторный уровень.

Нейрорецепторы - это макромолекулы на мембране нейрона, мозаика которых определяет специфичность его функций, функции зоны или структуры мозга. Полирецепторность структуры мозга отражает полифункциональность систем обеспечения разнообразной деятельности одних и тех же клеток и зон в нервной ткани.

Поэтому в лаборатории особое внимание уделено изучению структуры и функций нейрорецепторов глутамата, опиатов и их метаболитов, которые участвуют в развитии ишемии мозга и судорожных реакций и появлении психической и физической зависимости от психотропных средств. Предполагается, что именно эти возбуждающие рецепторы мозга принимают первоочередное участие во взаимодействии и реорганизации систем обеспечения сложных функций мозга человека, связанных с движением и эмоциональным поведением.

Каким образом нейрорецепторы работают в клетке, как они осуществляют взаимодействие внутри системы и их межсистемные связи, каковы их свойства в норме и патологии, составляет предмет глубоких нейрохимических исследований.

На основании многолетних исследований в лаборатории удалось установить, что рецепторы глутамата и опиатов изменяют свои функции в ткани мозга при гипервозбуждении и способны изменять состояние целостного организма при стимуляции фармакологическими агонистами и антагонистами. Изучение молекулярных свойств этих рецепторов обнаружило их сходство в динамике реорганизации разных функций в системе «мозг-организм», связанной с нарушением обмена в биологических жидкостях метаболитов рецепторов (глутамата, аспартата, опиатов). Приведем следующие примеры участия опиатных рецепторов в механизмах организации эмоциональных переживаний на экспериментальной модели самовведения героина у крыс. Были выявлены следующие закономерности:

-установлено, что вознаграждающие эффекты наркотиков (героина и морфина) опосредствованы через опиатные рецепторы, располагающиеся в мезолимбической системе и регулирующие увеличение содержания дофамина в межклеточном пространстве.
-показано, что хроническая активация героином опиатных рецепторов приводит к стимуляции дополнительных рецепторов, которые требуют для выполнения своих функций новых порций наркотика и участвуют в формировании непреодолимого влечения к потреблению героина.
-выявлено, что на начальной стадии идет усиление экспрессии генов опиатных рецепторов и существенная стимуляция деятельности мозга - активация поведенческих реакций, стимуляция эмоциональных переживаний (отсутствие страха, боли, эйфория).

С другой стороны, длительное и систематическое потребление героина нарушает стабильность в системе «мозг-организм» и постепенно приводит к разрушению избыточных, а затем и необходимых количеств нейрорецепторов, которые отражают перестройку системы организации функций мозга и степень деструктивных процессов нервных клеток в его структурах. Организм реагирует на эти нарушения выработкой «аутоантител» к специфическим фрагментам опиатных рецепторов, как «свидетелей» к «чужеродным» антигенам нервной ткани. Оказалось, что появление и количество аутоантител к отдельным фрагментам опиатных рецепторов коррелирует со степенью выраженности симптомов наркотической зависимости. Поэтому по анализу крови на содержание аутоантител к нейрорецепторам мозга стало возможным определять функциональное состояние мозга и организма животных и человека и был создан диагностический набор «Наркотест», позволяющий объективно оценивать степень зависимости от наркотика и проводить контроль за эффективностью лечения наркоманов.

Аналогичные закономерности были выявлены при изучении молекулярных механизмов развития эпилепсии и ишемических поражений мозга, которые позволили разработать оригинальные и объективные показатели оценки функции мозга (ПА-тест и CIS-тест) для ранней лабораторной диагностики пароксизмальной активности и церебральной ишемии у человека. Эти методы лабораторной диагностики уже применяются в некоторых научно-лечебных учреждениях страны и за рубежом.

Таким образом, фундаментальные исследования в области нейрохимии уже дают практические результаты для медицины. В этом случае нейрохимия выступает как молекулярный базовый «язык», позволяющий расшифровать сложные интегративные процессы в головном мозгу и организме при патологических состояниях у человека.

Следует отметить, что лаборатория молекулярной нейробиологии является одним из ведущих нейрохимических центров России и имеет свои исследовательские группы в Италии и США. В последений год меня, как и, наверное, многих, спрашивали о крупнейших достижениях уходящего века и о перспективах века грядущего. Можно спорить о конкретных достижениях, но в целом можно сказать, что ХХ век был веком технологии и физики. Однако последние годы ясно показали, что следующий век будет веком биологии, и можно ожидать, что понимание механизмов деятельности мозга и прежде всего кода нервной деятельности будет занимать приоритетные позиции. То, что я здесь рассказал вкратце об институте и о его лабораториях, гораздо полнее изложено в статьях, список которых прилагается.