Раскол мозга: рассказ о двух половинках
В первые месяцы после операции покупки продуктов питания приводили в бешенство. Стоя в проходе супермаркета, Вики смотрела на предмет на полке и знала, что хочет поместить его в свою тележку, но не могла. «Я бы потянулась вправо за тем, что хотела, но левые вступили бы, и они бы сразились», - говорит она. «Почти как отталкивающие магниты». Выбор еды на неделю был двухчасовым, иногда трехчасовым испытанием. Одеваться представляло аналогичную проблему: Вики не могла примирить то, что она хотела надеть, с тем, что делали ее руки. Иногда она заканчивала носить три одежды одновременно. «Мне придется сбросить всю одежду на кровать, отдышаться и начать все сначала».
Однако одним важным моментом Вики была лучше, чем сама до операции. Она больше не была охвачена эпилептическими припадками, которые были настолько сильными, что сделали ее жизнь почти невыносимой. Однажды она рухнула на стойку старомодной печи, обжигая и рубя спину. «Я просто не могла функционировать», - говорит она. Когда в 1978 году ее невролог рассказал ей о радикальной, но опасной операции, которая могла бы помочь, она едва колебалась. Если бы случилось худшее, она знала, что ее родители позаботятся о ее маленькой дочери. «Но, конечно, я волновалась», - говорит она. «Когда ваш мозг раскололся, он не сросся снова».
В июне 1979 года, в ходе процедуры, которая длилась почти 10 часов, врачи создали перерыв, чтобы сдержать судороги Вики, разрезая ее мозолистое тело, пучок нейронных волокон, соединяющих две стороны ее мозга. Эта радикальная процедура, называемая корпусной каллозотомией, разъединяет две стороны неокортекса, родину языка, сознательного мышления и контроля движений. Положение Вики в супермаркете было следствием того, что мозг в некотором роде вел себя так, словно это были два разных ума.
Примерно через год трудности Вики стихли. «Я могу собрать вещи», - говорит она. По большей части она была собой: нарезать овощи, завязывать шнурки, играть в карты и даже кататься на водных лыжах.
Но то, что Вики никогда не могла знать, это то, что ее операция превратит ее в случайную суперзвезду неврологии. Она - один из менее чем дюжины «раздвоенных» пациентов, чей мозг и поведение подвергались бесчисленным часам экспериментов, сотням научных работ и ссылкам почти в каждом учебнике по психологии прошлого поколения. И теперь их число сокращается.
Благодаря исследованиям этой группы, нейробиологи теперь знают, что здоровый мозг может выглядеть как две совершенно разные машины, соединенные вместе и обменивающиеся потоком данных. Но когда основной кабель отсоединен, информация - слово, объект, изображение - представленная одному полушарию, остается незамеченной в другом. Майкл Газзанига, когнитивный нейробиолог из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и крестный отец современной науки о разделенном мозге, говорит, что даже после работы с этими пациентами в течение пяти десятилетий он по-прежнему считает захватывающим наблюдать эффекты разрыва связи из первых рук , «Вы видите, как пациент с раздвоенным мозгом просто делает стандартную вещь - вы показываете ему изображение, и он не может сказать, что это такое. Но он может вытащить тот же самый предмет из сумки », - говорит Газзанига. «Твое сердце просто бьется!»
Подкаст природы
Майкл Газзанига размышляет над пятью десятилетиями исследований головного мозга
Вам может потребоваться более свежий браузер или установить последнюю версию плагина Adobe Flash.
Работа с пациентами выявила различия между двумя полушариями, обнаружив, например, что левая сторона обычно ведет к вычислению речи и языка, а правая специализируется на визуально-пространственной обработке и распознавании лиц. «Разделенная работа действительно показала, что оба полушария в большинстве случаев очень компетентны, но дают нам два разных снимка мира», - говорит Ричард Иври, директор Института когнитивных и мозговых наук при Калифорнийском университете в Беркли. , Идея дихотомического сознания пленила публику и была сильно преувеличена в понятии «творческого правого полушария мозга». Но дальнейшее тестирование пациентов с расщепленным мозгом дало более детальную картину. Мозг не похож на компьютер со специфическими аппаратными частями, на которые возложены определенные задачи. Это больше похоже на сеть компьютеров, соединенных очень большими, занятыми широкополосными кабелями. Связь между активными областями мозга оказывается столь же важной, если не более, чем работа отдельных частей. «С пациентами с расщепленным мозгом вы можете видеть последствия отключения огромной части этой сети, но без ущерба для каких-либо конкретных модулей», - говорит Майкл Миллер, психолог из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
Дэвид Робертс, глава отделения нейрохирургии в медицинском центре Дартмут-Хичкок в Ливане, штат Нью-Гемпшир, видит важный урок в исследованиях расщепленного мозга. Он оперировал некоторых членов когорты и тесно сотрудничал с Газзанигой. «В медицинской школе и науке в целом так много внимания уделяется большому количеству, лабораториям, диагностике и статистической значимости», - говорит Робертс, - все это имеет решающее значение, например, при оценке нового препарата. Но расщепленная когорта дала ему понять, сколько можно почерпнуть из одного случая. «Я пришел к выводу, что один человек, хорошо изученный и вдумчивый, может дать вам возможность сделать выводы, относящиеся ко всему человеческому роду», - говорит он.
Сегодня пациенты с расщепленным мозгом поживают годами; некоторые умерли, у одного случился инсульт, и возраст в целом сделал их все менее пригодными для того, что может обременительно для исследовательских сессий: сидеть, смотреть и концентрироваться. Хирургия, уже довольно редкая, была заменена лекарственными препаратами и менее радикальными хирургическими процедурами. Между тем, технологии визуализации стали предпочтительным способом оценки работы мозга, поскольку ученые могут просто наблюдать, какие участки мозга активны во время выполнения задачи.
ФОТО МАЙК МАКГРЕГ ИЛИ / КОНТУР ГЭТТИ
Михаэль Газзанига работает с пациентами с расщепленным мозгом уже 50 лет.
Но для Миллера, Иври, Газзаниги и других пациентов с расщепленным мозгом остаются бесценным ресурсом. Инструменты обработки изображений могут подтвердить, например, что левое полушарие более активно, чем правое при обработке языка. Но это драматически воплощено у пациента с раздвоенным мозгом, который, возможно, не сможет прочитать вслух такое слово, как «панорамирование», когда оно представлено в правом полушарии, но может указать на соответствующий рисунок. «Это дает вам ощущение способности читать в правом полушарии, даже если он не может получить доступ к двигательной системе для создания речи», - говорит Иври. «Снимки очень хороши для того, чтобы сообщать вам, где что-то происходит, - добавляет он, - а терпеливая работа может рассказать вам, как что-то происходит».
Кабель разрезанный
Разъединение мозолистого тела было впервые использовано в качестве лечения тяжелой эпилепсии в 1940-х годах в группе из 26 человек в Рочестере, штат Нью-Йорк. Цель состояла в том, чтобы ограничить грозу от приступа до одной стороны мозга. Сначала это не сработало. Но в 1962 году один пациент показал значительное улучшение. Хотя процедура никогда не становилась предпочтительной стратегией лечения - она инвазивна, рискованна, и лекарства могут ослабить симптомы у многих людей - за десятилетия, тем не менее, она стала техникой последней инстанции для лечения неразрешимой эпилепсии.
Роджеру Сперри, тогдашнему нейробиологу и нейропсихологу из Калифорнийского технологического института, и Газзаниге, аспирантуре в лаборатории Сперри, пациенты с расщепленным мозгом представили уникальную возможность исследовать латерализованную природу человеческого мозга. В то время мнение по этому вопросу было само разделено. Исследователи, которые исследовали первых пациентов с расщепленным мозгом в 1940-х годах, пришли к выводу, что разделение не оказывало заметного влияния на мысли и поведение. (Газзанига и другие подозревают, что эти ранние срезы были неполными, что также может объяснить, почему они не помогли с приступами.) И наоборот, исследования, проведенные Сперри и его коллегами в 1950-х годах, выявили сильно измененную функцию мозга у животных, перенесших каллозальные срезы. Сперри и Газзанига стали одержимы этим несоответствием и увидели у пациентов с расщепленным мозгом способ найти ответы.
Первым пациентом дуэта был человек, известный как WJ, бывший десантник времен Второй мировой войны, у которого начались приступы после того, как немецкий солдат ударил его по голове прикладом винтовки. В 1962 году, после операции WJ, Газзанига провел эксперимент, в котором он попросил WJ нажимать кнопку всякий раз, когда он видит изображение. Затем исследователи высвечивали изображения букв, вспышек света и других раздражителей в его левом или правом поле зрения. Поскольку левое поле зрения обрабатывается правым полушарием и наоборот, быстрое мигание изображений в одну или другую сторону доставляет информацию исключительно в предполагаемое полушарие (см. «Два разума» ).
В отношении стимулов, доставляемых в левое полушарие, WJ не показывал зависаний; он просто нажал кнопку и рассказал ученым, что он видел. С правым полушарием WJ сказал, что ничего не видел, но его левая рука продолжала нажимать кнопку каждый раз, когда появлялось изображение. «Левые и правые не знали, что делал другой», - говорит Газзанига. Это было потрясающее открытие парадигмы, показывающее, что мозг более разделен, чем кто-либо предсказывал 1 ,
Внезапно гонка погрузилась в мир латерализованных функций. Но найти больше пациентов для изучения оказалось трудным. Газзанига подсчитал, что по меньшей мере 100 пациентов, а возможно, и многие другие, получили каллозотомию тела. Но люди, которых рассматривают для операции, имеют тенденцию иметь другие существенные проблемы развития или когнитивные; только немногие имеют сверхчистые порезы и являются неврологически здоровыми, чтобы быть полезными для исследователей. Какое-то время Сперри, Газзанига и их коллеги не знали, будет ли когда-нибудь кто-нибудь еще, как WJ.
Но после контакта с нейрохирургами, установления партнерских отношений с центрами эпилепсии и оценки многих потенциальных пациентов, они смогли определить несколько подходящих людей в Калифорнии, а затем группу из восточной части Соединенных Штатов, включая Вики. В течение 1970-х и начала 1980-х расширились исследования головного мозга, и нейробиологи особенно заинтересовались возможностями правого полушария - того, которое обычно считали неспособным обрабатывать язык и производить речь.
Газзанига может пометить имена своих «бесконечно терпеливых пациентов» с легкостью гордого деда, который устраивает перекличку внуков - WJ, AA, RY, LB, NG. Из соображений конфиденциальности они известны в литературе только по инициалам. (Вики согласилась быть идентифицированной в этой статье, при условии, что ее фамилия и родной город не были опубликованы.)
На сцене в мае прошлого года, выступая с основным докладом на ежегодном собрании Общества нейрохирургов в Портленде, штат Орегон, Газзанига продемонстрировала несколько гранулированных фрагментов фильма из эксперимента 1976 года с пациентом ПС, которому в то время было всего 13 или 14 лет. Ученые хотели увидеть его ответ, если только его правое полушарие увидит написанные слова.
В видео Газзаниги мальчика спрашивают: кто ваша любимая девушка, слово «подруга» вспыхнуло только в правом полушарии. Как и предполагалось, мальчик не может ответить устно. Он пожимает плечами и качает головой, показывая, что он не видит ни слова, как это было в случае с WJ. Но потом он хихикает. Это один из тех самых громких смешков подростков - саундтрек к румянцу. Его правое полушарие увидело сообщение, но словесное левое полушарие остается неосведомленным. Затем, используя левую руку, мальчик медленно выбирает три плитки Эрудит из ассортимента перед ним. Он выстраивает их в ряд, чтобы произнести LIZ: имя, которое можно смело предположить, милой девушки из его класса. «Это говорит нам о том, что он способен понимать язык в правом полушарии», - сказал мне позже Газзанига. «Он был одним из первых случаев подтверждения, что вы могли получить двусторонний язык - он мог отвечать на запросы, используя язык с любой стороны».
По словам Миллера, последствия этих ранних наблюдений были «огромными». Они показали, что «правое полушарие испытывает свой собственный аспект мира, который он больше не может выразить, кроме как с помощью жестов и контроля левой руки». Несколько лет спустя исследователи обнаружили, что Вики также имела способность говорить в правом полушарии. 2 , Полная каллозотомия, как оказалось, привела к некоторым универсальным нарушениям, но также по-разному затронула людей.
В 1981 году Сперри был удостоен доли Нобелевской премии в области физиологии и медицины за открытия с расщепленным мозгом. («Он это заслужил», - говорит Газзанига.) Сперри умер в 1994 году, но к этому моменту Газзанига возглавил атаку. На рубеже веков он и другие исследователи с разделенным мозгом обратили свое внимание на еще одну загадку: несмотря на драматические последствия каллозотомии, WJ и более поздние пациенты никогда не сообщали о чувстве чего-то меньшего, чем целое. Как много раз писал Газзанига: полушария не скучали друг по другу.
М. ГАЗЗАНИГА
Ткань мозолистого тела, видимая в здоровом мозге (ярко-белый на верхнем изображении), втягивается после каллозотомии тела, оставляя только желудочек (черный).
Газзанига разработал то, что он называет теорией интерпретатора, чтобы объяснить, почему люди, включая пациентов с расщепленным мозгом, имеют единое чувство собственной и умственной жизни. 3 , Он возник из задач, в которых он попросил человека с раздвоенным мозгом объяснить словами, который использует левое полушарие, действие, которое было направлено и осуществлено только правым. «Левое полушарие составило постфактум ответ, соответствующий ситуации». В одном из любимых примеров Газзаниги он высветил слово «улыбка» в правое полушарие пациента и слово «лицо» в левое полушарие и спросил пациента нарисовать то, что он видел. «Его правая рука рисовала улыбающееся лицо», - вспоминал Газзанига. "'Почему ты это сделал?' Я спросил. Он сказал: «Что ты хочешь, грустное лицо? Кто хочет, чтобы вокруг было грустное лицо? ». По словам Газзаниги, левосторонний переводчик - это то, что каждый использует для поиска объяснений событий, сортировки заграждений поступающей информации и создания повествований, которые помогают осмыслить мир.
По словам Роберта Бриза, нейрохирурга в больнице Университета Колорадо в Авроре, после изучения лекции Газзаниги в прошлом году, исследования по разделенному мозгу составляют «невероятную работу». Но Бриз, как и многие другие нейробиологи, считает исследования расщепленного мозга устаревшими. «Теперь у нас есть технологии, которые позволяют нам видеть эти вещи» - такие инструменты, как функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ), которые показывают местонахождение функции мозга в мельчайших деталях.
Миллер, однако, не согласен. «Такие пациенты могут рассказать нам то, что ФМРТ никогда не скажет», - говорит он.
Предмет интереса
Сидя за маленьким овальным обеденным столом, Вики стоит перед ноутбуком на подставке и консолью с несколькими большими красными и зелеными кнопками. Дэвид Терк, психолог из Университета Абердина, Великобритания, прилетел на неделю, чтобы провести серию экспериментов.
Седые волосы Вики стянуты в хвост. Она носит простые белые кроссовки и, несмотря на осенний холод, шорты. Она не хочет слишком согреваться: когда это происходит, она может чувствовать сонливость и потерять концентрацию, что может привести к срыву целого дня исследований.
Во время перерыва Вики берет старый фотоальбом. На одном снимке, сделанном вскоре после операции, она сидит на больничной койке. Ее волосы начинают отрастать как черная щетина, и она и ее дочь широко улыбаются. На другой странице альбома есть слегка потускневшая распечатка статьи 1981 года из The Journal of Neuroscience : первый опубликованный отчет, включающий данные, полученные из Вики, в которых исследователи описывают, как она, как PS, имела некоторую способность к языку в своей правое полушарие 4 ,
Когда ее настаивают на том, чтобы рассказать о самых трудных аспектах ее жизни в науке, вечно оптимистичная Вики говорит, что это должен быть аппарат, называемый двойной след Пуркинье. Это средневековое устройство требует, чтобы пользователь прикусил штангу, чтобы держать голову неподвижно, чтобы исследователи могли представить изображение только в левом или правом поле зрения. Вполне возможно, что Вики провела больше своих часов бодрствования, кусая один из этих баров, чем кто-либо другой на планете.
Скоро пора возвращаться к работе. Тюрк использует двустороннюю ленту, чтобы прикрепить пару трехмерных очков к передней части тонких бифокальных очков Вики с золотой оправой. Эксперимент, который он проводит, направлен на отделение роли мозолистого тела в визуальной обработке от роли более глубоких, «подкорковых» связей, не затронутых каллозотомией. Сосредоточившись на центре экрана, Вики приказывают наблюдать, как картина медленно переключается между домом и разными лицами, и нажимать кнопку каждый раз, когда видит изменение изображения. Приспосабливая свое место, она смотрит на переносицу на экране и говорит Турку, что готова начать.
Глубокие связи
Другие исследователи изучают роль подкоркового общения в координированных движениях рук. Пациенты с расщепленным мозгом испытывают небольшие трудности с «бимануальными» задачами, и Вики и, по крайней мере, еще один пациент могут водить машину. В 2000 году команда под руководством Лиз Франц из Университета Отаго в Новой Зеландии попросила пациентов с расщепленным мозгом выполнить как знакомые, так и новые бимануальные задачи. Они обнаружили, что пациент, который был опытным рыбаком, мог использовать пантомиму, привязывая леску, но это была незнакомая задача - заправить иголку. Франц пришел к выводу, что хорошо отработанные бимануальные навыки координируются на подкорковом уровне, поэтому люди с раздвоенным мозгом могут плавно ставить обе руки 5 ,
Миллер и Газзанига также начали изучать роль правого полушария в моральных рассуждениях. Это та функция высшего уровня, для которой левое полушарие считалось королем. Но за последние несколько лет исследования изображений показали, что правое полушарие активно участвует в обработке эмоций, намерений и убеждений других людей - то, что многие ученые стали понимать как «теорию разума» 6 , По мнению Миллера, область исследований прекрасно иллюстрирует ценность исследований с раздельным мозгом, потому что ответы не могут быть найдены только с помощью инструментов визуализации.
В работе, которая началась в 2009 году, исследователи представили двум пациентам с расщепленным мозгом серию историй, каждая из которых была связана со случайным или преднамеренным вредом. Цель состояла в том, чтобы выяснить, чувствовали ли пациенты, что кто-то, кто намеревается отравить своего босса, но терпит неудачу, потому что он принимает сахар за крысиный яд, находится наравне с тем, кто случайно убивает своего босса, принимая крысиный яд за сахар 7 , (Большинство людей приходит к выводу, что первое более морально предосудительно.) Исследователи прочитали истории вслух, что означало, что входные данные были направлены в левое полушарие, и попросили дать устные ответы, чтобы левое полушарие, руководствуясь механизмом интерпретатора, также создаст и доставит ответ. Так могут ли пациенты с расщепленным мозгом сделать обычное моральное суждение, используя только эту сторону мозга?
Нет. Пациенты рассуждали, что оба сценария были морально равны. Результаты предполагают, что обе стороны коры необходимы для такого рода задач рассуждения.
Но этот вывод представляет собой дополнительную загадку, потому что родственники и друзья пациентов с расщепленным мозгом не замечают необычных рассуждений или дефицита теории разума. Команда Миллера предполагает, что в повседневной жизни другие механизмы рассуждения могут компенсировать эффекты отключения, которые выставляются в лаборатории. Это идея, которую он планирует проверить в будущем.
По мере того, как возможности для исследования с раздвоенным мозгом истощаются, Газзанига занята попыткой оцифровать архив записей испытаний с членами когорты, некоторые из которых датируются более 50 лет назад. «Каждую сцену для меня так легко запомнить и так трогательно», - говорит он. «Мы наблюдали так много удивительных вещей, и другие должны иметь такую же возможность с помощью этих видео». Возможно, он говорит, что другие исследователи даже обнаружат что-то новое.
Другие пациенты с расщепленным мозгом могут стать доступными - например, в Италии есть небольшой кластер. Но благодаря конкуренции со стороны исследований изображений и многим крупнейшим открытиям о разделенном мозге позади него, Газзанига признает, что дни славы в этой области науки, вероятно, прошли. «С точки зрения пациентов, которых обычно тестируют», он все же сокращается. Он добавляет: «Мне трудно говорить, что все кончено».
И, возможно, это не так - до тех пор, пока ученые стремятся решить новые вопросы о латерализованной функции мозга, связности и общении, и пока Вики и ее коллеги по группе все еще существуют и все еще хотят участвовать в науке. По словам Вики, ее участие на протяжении многих лет никогда не касалось ее. «Это всегда было связано с получением от меня информации, которая может помочь другим».
Почему ты это сделал?Он сказал: «Что ты хочешь, грустное лицо?
Кто хочет, чтобы вокруг было грустное лицо?
Так могут ли пациенты с расщепленным мозгом сделать обычное моральное суждение, используя только эту сторону мозга?