1. Введение в человеческий мозг
Добро пожаловать на курс «Человеческий мозг»
Я Нэнси Кэнвишер, профессор этого курса. Сегодня я расскажу о «почему», «как» и «что» в изучении человеческого мозга: почему это круто, как это делать и что именно мы будем изучать. Затем мы разберем организационные моменты и детали курса.
История, предвосхищающая курс
Несколько лет назад мой друг остановился у меня дома в Кембридже по пути на конференцию. Назовем его Боб. Мы были близкими друзьями много лет, вместе ходили в походы. Он ночевал у меня накануне конференции. Рано утром я услышал шарканье, а затем грохот. Боб лежал на полу, не двигаясь. Я набрал 911.
Пока мы ждали скорую, Боб начал просыпаться, был ошеломлен, но говорил более-менее осмысленно. Скорая приехала за три минуты. Три фельдшера измерили все жизненные показатели и не нашли ничего плохого. Они были очень расслаблены и сказали, что могут отвезти его в больницу, а могут и нет. Я настоял, чтобы мы поехали.
В приемном покое больницы Маунт-Оберн врачи провели все анализы, но ничего не находили. Перед уходом мне в голову пришла мысль: «Вам стоит проверить мозг Боба». Причина в том, что я беспокоился о Бобе уже несколько лет, но не позволял себе осознать эту мысль.
Признаки, которые я игнорировал
Боб проявлял странные признаки того, что часто теряется и не знает, где находится. Однажды друг спросил Боба: «Как мне проехать от твоего дома до Кембриджа?» Боб ответил: «Доезжаешь до конца подъездной дорожки и поворачиваешь налево». Мы с другом переглянулись. В другой раз друг заметил, что Боб не знает, как добраться до продуктового магазина в своем родном городе, где жил очень долго.
Я видел постер с названием: «Навигационные дефициты: ранний признак болезни Альцгеймера». Я подавил эту мысль, потому что Боб не был таким старым. Он занимал очень высокую должность, писал прекрасную прозу, был душой компании, остроумным и забавным. Как такое могло быть?
Мои исследования последних 20 лет были посвящены тому, что разные части мозга делают разные вещи. У вас может быть проблема с одной частью, а другие части могут работать нормально. Но я не осознавал этого до того момента в приемном покое.
Диагноз
Врач приемного покоя сказал: «Нет, это не мозг. Это сердце». Я отбросил мысль о мозге и ушел на работу. Вечером около 7–8 часов зазвонил телефон. Боб сказал: «Приезжай сюда. Они кое-что нашли в моем мозгу».
Я позвонил своему лаборанту и попросил найти сканы мозга Боба, сделанные несколько лет назад для обычного эксперимента. К тому времени, как я добрался до больницы, лаборант ответил: «Нашел сканы. Загружаю в Dropbox».
Врач показал мне снимок мозга Боба. Там была штука размером с лайм прямо посередине его мозга. Она находилась рядом с областью, которую моя лаборатория изучала очень подробно — parahippocampal place area и соседней retrosplenial cortex. Эти области специфически вовлечены в навигацию.
Как была открыта parahippocampal place area
Почти 20 лет назад у меня был постдок Рассел Эпштейн, специалист по computer vision. Он хотел понять, как мы видим, написав код, дублирующий алгоритмы человеческого мозга. Рассел отвергал brain imaging, называя это «временным увлечением». Я уговорил его сделать один эксперимент для собеседования.
Мы просканировали людей, смотрящих на картинки сцен и на другие виды картинок. Результаты нас потрясли: мы нашли часть мозга, которая очень избирательно реагирует на изображения сцен, но не на лица, объекты, слова. Мы назвали ее parahippocampal place area.
Сравнение сканов
На сканах из моей лаборатории, сделанных несколькими годами ранее, было видно то же пятно, но размером с виноградину. Это означало, что образование растет очень медленно. Опухоли мозга обычно растут быстро, поэтому это был не самый худший вариант. Врачи сказали, что это менингиома, а не рак.
Тестирование перед операцией
Ночь перед операцией Боб ночевал у меня дома. Я решил проверить его когнитивные способности. Я попросил его нарисовать план этажа его дома. Результат был шокирующим: комнаты не были выровнены, не было никакой организации. Боб сказал, что просто не может визуализировать, как выглядит его дом изнутри.
Я дал ему другой лист бумаги и попросил нарисовать план этажа моего дома, где он сейчас находился. Результат был таким же беспорядком. Он не мог представить планировку комнаты, в которой был всего несколько минут назад.
Затем я попросил его нарисовать велосипед — многокомпонентный объект. Велосипед был узнаваем: два колеса, правильное соотношение, все основные части на своих местах. Омар тоже получился некрасивым, но все было на своих местах.
Вывод: у Боба была специфическая проблема с представлением и воспроизведением расположения частей в пространстве комнат, но не расположения частей в объектах.
Операция и восстановление
На следующий день Бобу сделали 11-часовую операцию. Лайм был обернут вокруг вены Галена — большой вены, известной еще 2000 лет назад. Благодаря лучшему нейрохирургу и всем доступным медицинским ресурсам, Боб благополучно перенес операцию. Через час после операции он говорил осмысленно, через два дня его выписали домой, а через несколько дней он был на работе.
Навигационные способности не вернулись. Боб везде пользуется GPS на iPhone. Если бы он жил 30 лет назад, он не мог бы функционировать. Это согласуется с литературой: если повреждение мозга происходит у взрослого, восстановление часто невозможно. У детей мозг более пластичен.
Вопросы и ответы
- Многие пространственные способности сохранны, но связанные с навигацией — нет. Боб может водить машину, следуя указаниям GPS. Способности к непосредственной пространственной ориентации в порядке, но знать, где он находится и как добраться до места, — уничтожено.
- Он может узнавать знакомые места, но не может сказать, в какую сторону нужно повернуть, чтобы пойти домой.
- Он может немного ориентироваться с помощью GPS и заученных маршрутов как последовательности вербальных команд. Но он не может придумать альтернативный маршрут, если путь перекрыт.
- Новые отели — большая проблема. Найти ванную в конце коридора или входную дверь — чрезвычайно неудобно.
- Для сильно заученных маршрутов все в порядке. Он помнит последовательность действий. Но он не хорош в придумывании нового маршрута.
- Он осознает свою проблему. Если он смотрит на место, он знает, где находится, но не может сформировать стабильный мысленный образ близлежащих мест.
Темы, вытекающие из истории
Мозг имеет структуру и организацию
Мозг — это не просто большая куча каши. У него есть структура, разные части делают разные вещи. Когда у Боба был большой лайм в голове, он не стал просто немного глупее. Его IQ остался бы неизменным. Он потерял очень специфическую ментальную способность.
Специфичность частей мозга
Некоторые части мозга делают чрезвычайно специфические вещи. Другие — более общие и участвуют во многих ментальных процессах.
Организация мозга отражает архитектуру разума
Фундаментальные части мозга говорят нам, каковы фундаментальные части разума. Мозг — это физический объект, но причина, по которой мы заботимся о нем, в том, что там живет наш разум. Изучая этот физический объект, мы можем узнать что-то о нашем разуме.
Как мозг меняется
Боб не восстановился после повреждения мозга. Если бы это случилось, когда ему было пять лет, он, вероятно, восстановился бы. Мы будем изучать, как мозг меняется в ходе нормального развития, в результате обучения и опыта, после травмы.
Разные способы изучения мозга
- Поведенческие наблюдения: Боб не может ориентироваться, но может делать все остальное.
- Анатомические изображения мозга: показали, где находится лайм.
- Функциональные изображения: открыли parahippocampal place area.
- Исследования сохранных и утраченных способностей у людей с изменениями в мозге.
Почему, как и что в исследовании мозга
Почему мы должны изучать мозг
Самая очевидная причина: познай самого себя. Мозг — это то, кем вы являетесь, ваша идентичность. Хирурги делают пересадку сердца, но не делают пересадку мозга, потому что это изменило бы личность человека.
Структура курса
Курс охватывает темы от удовольствия и боли до языка, теории сознания и brain networks. Мы будем читать свежие статьи, и я расскажу, как это делать.
Как читать научные статьи
- Какой вопрос ставится в статье? Найдите это в abstract.
- Что они обнаружили? Ищите в abstract.
- Какова интерпретация? Кому это важно?
- Каков дизайн эксперимента? Часто нужно выйти за рамки abstract.
- Как анализировались данные? Ищите в разделах методов или результатов.
Не нужно понимать каждое слово. Игнорируйте «тарабарщину» — детали сканера и процедур сканирования, которые не важны для этого курса. Держите эти вопросы в голове, когда читаете статью. Читать с целью гораздо легче и увлекательнее.
