Восьми страдающим эпилепсией пациентам для лечения имплантировали электроды в мозг. Чтобы проверить, как их мозг обрабатывает зрительные сигналы, им показывали фотографии известных людей, животных, предметов и зданий. Когда одному из них показали фото Дженнифер Энистон, внезапно загорелся один нейрон в средней части височной доли. И только в том случае, если она была на фото одна! Если, например, вместе с Брэдом Питтом – никакой реакции. В другом похожем эксперименте уже другому пациенту показывали фотографии Холли Берри. Нейрон загорался, даже когда она была в образе женщины-кошки и даже просто при виде надписи Halle Berry (Холли Берри). Другие женщины-кошки не возбуждали этот нейрон.
Всего учёные проверили 132 нейрона, из которых 51 реагировал только на определённый стимул – человека, животное, предмет. Это исследование интерпретировали так, что специфическая информация может кодироваться малым числом нейронов. Вероятность случайно встретить такие нейроны в мозге ничтожно мала.
Неужели нейроны работают поодиночке, а не в ансамблях? Если это предположение верно, тогда нам нужно в коре больше нейронов, чем 16 миллиардов – чтобы закодировать для всех возможные предметы в разных вариантах.
Учёные продолжили свои исследования и обнаружили, что один нейрон реагировал на двух разных баскетболистов, один нейрон – на изображения как Люка Скайуокера, так и Йоды. Возможно, нейрон реагирует на нечто общее между изображениями. Например, на баскетбол или на «Звёздные войны». Другой вопрос, который задали себе учёные: сколько нейронов реагирует на один стимул, и наоборот, на сколько стимулов реагирует один нейрон? Ответ: на стимул реагирует менее нескольких миллионов нейронов, и каждый из них может выстрелить на несколько десятков картинок[14]. Один нейрон в разное время играет в разных ансамблях.
Зоны мозга, необходимые для речи
В конце XIX века немецкого нейроанатома и психиатра Корбиниана Бродмана заинтересовала структура мозга, а точнее коры. С воодушевлением он принялся за составление карты головного мозга человека. Он заметил, что в одних зонах слоистая структура коры более явно выражена, чем в других. Почти 10 лет он нарезал мозги людей, собак, кошек, тюленей и других животных на тончайшие – не больше 10 микрометров – срезы (иначе не разглядеть нейроны!), стабилизировал и химически их окрашивал. Затем фотографировал под микроскопом и анализировал. Какой титанический труд!
Бродман выделил в мозге человека 52 зоны, которые различаются размером нейронов, их формой и плотностью укладки в коре. А описал 43 из них. Научное сообщество настолько поразили точность, аккуратность и обстоятельность работы, что зоны получили его имя – поля Бродмана.
Рис. 7 Цитоархитектонические поля Бродмана. (Автор: Henry Vandyke Carter – Henry Gray (1918) Anatomy of the Human Body (See "Книга" section below) Bartleby.com: Gray's Anatomy, Plate 726, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=90212)
Позже учёные уточняли и дорабатывали карту Бродмана. Сегодня уже существуют цифровые трёхмерные атласы мозга, известно, что в некоторых отделах мозга полей больше, чем описал Бродман. Несмотря на это, многие учёные до сих пор пользуются его картой.
Все важные для языка зоны расположены в районе Сильвиевой борозды. Она отделяет височную долю от лобной и теменной долей. Поле Бродмана (ПБ) 41 обрабатывает акустические сигналы из ушей, поля 1–3 – сигналы о положении органов артикуляции. ПБ 4 – отправляет сигналы к мускулам, в том числе и к органам речи. Центр Брока состоит из двух полей Бродмана – 44 и 45. Центр понимания речи Вернике – это поле 22, сюда поступают сигналы из слуховой коры после того, как она опознает речь. В ПБ 17 обрабатываются сигналы от глаз при чтении.
Базальные ганглии – ядра серого вещества, разделённые полосками белого вещества. Они отвечают за принятие решений и обучение, планируют последовательность действий во времени. Когда мы хотим что-то сказать, в уме одновременно всплывает несколько вариантов, которые выражают нашу мысль. Нужно выбрать подходящий, а все остальные затормозить. Базальные ганглии помогают усваивать грамматические правила. Грамматика – это своего рода выученная программа действий. Движения состоят из отдельных элементов, которые выполняются в определённом порядке, и в грамматике тоже существует чёткая последовательность звуков, которую надо запомнить. У пациентов с болезнью Паркинсона возникают проблемы с образованием простого прошедшего времени в английском языке с помощью суффикса – ed.
У людей с проблемами в базальных ганглиях снижена громкость голоса, речь монотонна. Если нарушено временное планирование речи, начало одного движения не совпадает с окончанием другого и, как результат, нарушается интонация, ударение в словах. Так возникает «синдром иностранного акцента», когда пациенты говорят на родном языке с акцентом.
Речь – это одновременная работа более сотни мышц. Каждый речевой орган, каждая мышца должна знать, что в какой момент делать. Все эти движения планируются и координируются мозжечком. Из полушарий он получает наброски движений, которые он должен при необходимости исправить, согласовать, отточить и скоординировать работу мускулов. Органы равновесия сигнализируют, где и в каком положении находится тело, что оно делает. Мускулы тоже посылают информацию о своём состоянии. Мозжечок каждую миллисекунду оценивает положение тела в пространстве, движения рук и ног, артикуляторных органов и сравнивает это всё между собой. Оценивает окружающую обстановку. Благодаря ему наши движения точные и плавные. Под его контролем мы производим плавные и точные движения и звуки.
Езда на велосипеде, новые па в танце, произнесение нового слова на иностранном языке – всё когда-то случается в первый раз. Сначала мы медленно повторяем новые движения по много раз. Без ошибок не обходится. Да и движения сначала получаются резкими. Но чем больше повторений, тем мягче и точнее они становятся. Эта плавность и соразмерность движений – заслуга мозжечка.
Таламус – реле-переключатель – состоит из множества скоплений серого вещества. Он получает информацию от разных органов, оценивает, что на текущий момент в текущей ситуации важно для организма – сон, еда, размножение, затем отправляет к другим частям мозга. Его называют вратами сознания, после прохождения которых информация становится осознанной. Роль таламуса в речи сегодня обсуждается. Повреждения этой части мозга вызывают проблемы с называнием предметов.
