как выглядит настоящие мозги
Что особенного в мозге человека?
Что особенного в мозге человека?
Морфологическая реконструкция нейрона коры мозга человека. Внизу показаны подпороговые осцилляции трансмембранного потенциала нейрона в биофизической модели. На фоне показаны человеческие нейроны 2/3 слоя коры, окрашенные с помощью антител.
Автор
Редакторы
Нейроны человека и других млекопитающих очень похожи, если смотреть «издалека». Тем не менее есть и важные различия. Недавно ученые из Института Аллена (среди которых и автор этой статьи) опубликовали работу в журнале Neuron, где показали, что возбудимости нейронов мозга человека и мыши заметно различаются. Оказалось, что нейроны коры мозга человека имеют гораздо большее количество HCN-каналов, которые особым образом влияют на возбудимость нейронов. Что это значит с точки зрения эволюции и какой эффект оказывает на поведение отдельных нейронов?
Довольно долго считалось, что базовые элементы нервной системы — нейроны — всех млекопитающих похожи друг на друга. Такую мысль высказывал, например, Сантьяго Рамон-и-Кахаль [1]. Нейрон получает входные сигналы от других нейронов за счет синапсов, которые расположены на дендритах и соме [2]. В результате меняется величина трансмембранного потенциала [3], и если она превышает порог, то нейрон генерирует потенциал действия, или спайк (от англ. spike — шип). После этого спайк распространяется по аксону и активирует другие нейроны, с которыми он связан с помощью синапсов. Несмотря на схожие свойства нейронов животных, ученые получают всё большее количество данных о том, что отдельные детали значительно различаются.
Мозги человека и других млекопитающих очень похожи. Именно это позволяет нам, изучая мозг других животных, узнать что-то о своем собственном. В частности, структура коры мозга, появившейся позже всего в течение эволюции, очень схожа у всех млекопитающих. Именно она отвечает за множество высших психических функций (восприятие, память, речь), которыми мы обладаем.
Но если кора у нас и мышек устроена одинаково, почему же мышки не играют на скрипке и не делают научные открытия, а люди на это способны хотя бы изредка? Иными словами, что делает нас особенными по сравнению с другими млекопитающими?
Довольно давно стало понятно, что это очень сложный вопрос, на который существует много разных ответов. Один из них наша научная группа пытается дать в Институте Аллена (Allen institute for brain science), изучая и сравнивая нейроны человека и мыши. Наша работа была недавно опубликована в международном журнале Neuron [4].
Известно, что объем мозга человека и площадь коры увеличивались в ходе эволюции очень быстро. За последние 75 миллионов лет площадь коры мозга человека стала больше примерно в 1000 раз по сравнению с общим предком мыши и человека. Поэтому нейроны человеческого мозга должны были адаптироваться к эволюционно быстрым изменениям его свойств.
Кора млекопитающих обладает удивительно сложной анатомической организацией. Она состоит из шести слоев клеток, которые связаны между собой. В каждом слое есть возбуждающие и тормозные нейроны разных типов. Типы нейронов отличаются между собой по форме дендритного дерева, по возбудимости мембраны и специальным белкам, которые позволяют «увидеть» эти нейроны с помощью иммуногистохимических методов [5]. Зачастую в коре нейроны определенных типов связаны между собой строго специфическим образом, поэтому, анализируя активность нейронов, важно знать, к какому типу они относятся.
Чтобы не сравнивать яблоки с апельсинами, мы рассмотрели свойства самых часто встречающихся нейронов коры — пирамидальных нейронов 2/3 слоя. Поскольку границу между вторым и третьим слоем анатомически сложно провести, нейроны этих слоев объединяют вместе как нейроны 2/3 слоя. Именно этот слой самый толстый в коре человека по сравнению с корой мыши. Нейроны именно этого слоя коры наиболее сильно изменились у человека по сравнению с другими млекопитающими. Ширина 2/3 слоя около одного миллиметра, и он толще других слоев примерно в 2–3 раза.
Изучая ответы отдельных нейронов в этом слое коры, мы обнаружили, что нейроны человека и мыши по-разному отвечают на электрические стимулы (рис. 1). Оказалось, что нейроны одного и того же 2/3 слоя коры у мыши и человека обладают различными резонансными частотами (рис. 1 в и г). Иными словами, при предъявлении стимула (ток, подаваемый в нейрон), нейроны человека и мыши по-разному на него отвечают. Нейроны человека обладают резонансами более высокой частоты, при этом частота этих резонансов зависит от глубины расположения нейронов в коре. Чем глубже эти нейроны в слое 2/3 у человека, тем выше их частота (рис. 1 в и г). При этом частота резонансов у мыши гораздо ниже и увеличивается медленнее при продвижении в глубину в слоя 2/3.
Рисунок 1. Нейроны человека и мыши обладают различными резонансными свойствами. а — Подпороговый ответ нейронов мыши 2/3 слоя коры в ответ на синусоидальный стимул с увеличивающейся амплитудой. Сверху показан ответ нейронов верхней части 2/3 слоя коры, снизу — ответ более глубоких нейронов того же слоя. Справа показан спектр частоты колебаний и электрический импеданс трансмембранного потенциала в ответ на синусоидальный стимул наверху и внизу слоя 2/3. б — То же самое для нейронов человека. в — Слева показана резонансная частота нейронов мыши 2/3 слоя в зависимости от глубины внутри этого слоя (резонансная частот соответствует пику в спектре на панели а справа). Справа показано отсечение спектра после трех децибел. г — тоже самое для нейронов человека. Результаты, относящиеся к нейронам мыши, показаны черным; к нейронам человека — красным.
Для того чтобы объяснить эти физиологические свойства нейронов человека, мы проанализировали биофизические свойства нейронов коры человека и мыши. Дело в том, что в генерации спайков, а также в поддержании трансмембранного потенциала участвует большое количество различных белков (преимущественно ионных каналов). Основными являются натриевые и калиевые каналы, но также существует большое количество других белков, которые изменяют свойства потенциала действия и синапсов. Так, одна из наших прежних работ посвящена изучению связи эпилепсии с гомеостазом ионов хлора в нейронах мозга [6].
Одними из таких каналов, тонко настраивающих сигнализацию нейронов, являются HCN-каналы, пропускающие ионы калия при гиперполяризации мембраны. Это явление необычно тем, что «обычные» потенциал-чувствительные каналы открываются при деполяризации (потенциал идет «вверх»), а этот тип каналов — напротив, при гиперполяризации (потенциал идет «вниз») трансмембранного потенциала. Поэтому данный ток получил специальное обозначение — h-ток, напоминающее о его hyper-активации (hyperpolarization activated в названии канала — (англ.) активирующийся благодаря гиперполяризации).
Когда нейрон получает отрицательный синаптический вход от тормозных нейронов, это приводит к активации h-тока. Но после того как стимуляция исчезает, возникает кратковременная деполяризация мембраны нейрона, что часто приводит к генерации спайков. Иными словами, действие h-тока похоже на пружину, которую сначала сжимают (отрицательный вход), а потом резко отпускают (отсутствие стимуляции), после чего она распрямляется еще больше, чем в изначальном состоянии. Эти каналы есть не только в нейронах мозга: их также можно обнаружить в кардиомиоцитах сердца [7], где они помогают синхронизировать активность клеток во время сердечных сокращений.
Мы обнаружили, что в мембране человеческих нейронов 2/3 слоя есть особенно большое количество h-тока, анализируя ответы нейронов в ответ на электрические стимулы (рис. 1). Анализ мРНК из тех же нейронов подтвердил эти результаты и показал, что в клетках 2/3 слоя коры человека имеется гораздо большее количество фрагментов, кодирующих HCN1-каналы (подтип HCN-каналов). В нейронах коры мыши тоже имеется большое количество HCN1-каналов, но их не так много, как в нейронах человека (рис. 2). Более того, оказалось, что HCN1-каналов больше в каждом слое коры человека, а не только в слое 2/3. Чтобы понять, что значат эти данные в отношении отдельных клеток, мы совместно использовали электрофизиологию и математическое моделирование.
Рисунок 2. Оценка уровня экспрессии генов, кодирующих HCN-каналы, в нейронах человека (а) и мыши (б). Все данные получены на основании анализа мРНК, извлеченной из ядер отдельных нейронов разных слоев коры (L1–6 и тормозных нейронов всех слоев Inh). Результаты приведены в единицах RPKM (англ. Reads Per Kilobase Million — количество прочтений (гена HCN1) на один миллион пар оснований).
Некоторые подробности нейронного моделирования приведены в статье «От живого мозга к искусственному интеллекту» [8].
Рисунок 3. Биофизическая модель нейрона человека. а — Стимуляция биологического нейрона и математической модели стимулом с увеличивающейся частотой с помощью электрического тока. б — Спектр колебаний трансмембранного потенциала в ответ на стимуляцию с панели а. Черным показан стимул, зеленым — ответ биологического нейрона 2/3 нейрона коры, красным — ответ модели со включенными h-каналами (Ih(+)), синим — ответ модели с выключенными h-каналами (Ih(−)).
Рисунок 3. Биофизическая модель нейрона человека. в — Трехмерная реконструкция нейрона коры слоя 2/3. Красными кругами показано положение глутаматных синапсов [9]. г — Задержка между активностью синапса на дендритном дереве и ответом на соме нейрона в зависимости от расстояния от синапса до сомы. Красным показан ответ модели в присутствии h-тока (Ih(+)), синим — когда h-ток отсутствует (Ih(−)). д — Спектр колебаний трансмембранного потенциала на соме в модели с h-током и без h-тока в ответ на стимуляцию с помощью 1000 синапсов. Черные линии наверху соответствуют различным диапазонам частот, средние величины которых достоверно отличаются, в частности в тета-диапазоне.
Используя эту модель, мы воспроизвели поведение нейрона, когда он находится в нейронной сети коры. Для этого мы стимулировали модель нейрона с помощью 1000 глутаматных синапсов [9], каждый из которых активировался случайно со средней частотой около 4 Гц (рис. 3д). Поскольку разряды нейронов в большой сети генерируются случайно или хаотически [10], их можно описывать с помощью случайных процессов.
В ответ на синаптическую стимуляцию происходят колебания мембранного потенциала нейрона. Чтобы понять свойства этих колебаний, мы проанализировали их частоту в модели с h-током и без него (рис. 3). Оказалось, что h-ток позволяет нейрону лучше проводить колебания в тета-диапазоне (4–10 Гц) от дендритов к соме. При этом сами колебания мембранного потенциала генерируются синапсами, расположенными на дендритном дереве (рис. 3). Также мы обнаружили, что скорость проведения сигнала от дендритов к соме увеличивается при наличии h-тока (рис. 3д). Это происходит за счет способности HCN-каналов делать мембрану нейронов чуть более возбудимой, что приводит к более быстрому проведению изменений потенциала от дендритов к соме.
Дело в том, что человеческие нейроны гораздо больше нейронов мыши. Объем мозга и размер нейронов быстро увеличивались в ходе эволюции млекопитающих. С одной стороны, большой нейрон может связаться с бóльшим числом других нейронов, что позволяет более эффективно проводить информацию в сети; с другой стороны, скорость обработки информации в больших нейронах меньше, чем в маленьких. Вероятно, большое количество h-тока было одной из эволюционных адаптаций, которые позволили поддерживать прежнюю скорость проведения потенциалов действия, несмотря на бóльший размер нейронов. Этот механизм может быть особенно важен для более глубоких слоев коры (рис. 1), поскольку нейроны 2/3 слоя должны получать информацию от нейронов первого слоя коры с такой же задержкой, как и нейроны верхнего слоя 2/3.
Сравнивая нейроны человека и других животных, мы надеемся постепенно понять, что именно делает мозг человека особенным. Возможно, разница между мозгом человека и мыши такая же, как между игровой приставкой и суперкомпьютером. Оба они построены на микропроцессорах, но суперкомпьютер обладает гораздо большей производительностью за счет более быстрых элементов и большего их количества. В ближайшем будущем мы планируем изучить свойства нейронов коры человека и мыши во всех слоях коры и в разных ее областях. Это поможет нам понять, что делает мозг человека особенным по сравнению с мозгом других млекопитающих [11]. С практической точки зрения это позволит разрабатывать более эффективные лекарства, которые будут лучше работать для нейронов человека за счет особенных свойств наших с вами ионных каналов.
Как выглядит головной мозг человека
Изображение как выглядит мозг человека для просмотра деликатных мозговых структур под точным углом. Яркие синие и красные красители делают кровеносные сосуды видимыми для общего понятия.
Так выглядят структуры мозга
Как выглядит мозг человека со стороны (сбоку), это изображение показывает правое полушарие головного мозга. Головной мозг делится на две части. Правое полушарие является ответственным за воображение, с его помощью человек способен мыслить, это «творческое» полушарие. Левое полушарие отвечает за язык, способность читать, писать и т.п
Здесь так выглядит мозг и его левое полушарие почти полностью удалено, раскрывая поверхности правого полушария органа центральной нервной системы, где встречает мозговой разрыв («Медиальный вид»). Можно увидеть извилистые артерии и вены через ткани мозга.
Большая белая, рогообразная структура в середине бокового желудочка, полости заполнена спинномозговой жидкостью.
Внизу зрительные нервы— место, которое играет важную роль в способности человека видеть в первую очередь. Нервы соединяются в точку, где некоторые зрительные нервы, перекрещиваются на их пути от глаз. Изображения, которые отражаются на носовой стороне каждой сетчатки пересекаются на противоположной стороне.
Мозжечок, область органа центральной нервной системы, важен для управления двигательными функциями, выглядит как отдельный орган, находится ниже двух полушарий мозга. Это изображение показывает «подзатылочные поверхности» мозжечка — то есть, книзу. Эта область мозга регулирует надлежащую координацию.
Здесь мозжечок крепится к остальной части мозга («базальный» вид). Жесткий слой ткани называется твердой мозговой оболочкой, который отделяет мозжечок от головного мозга. Однако мозжечок получает информацию из других частей головного мозга, через соединения с частью ствола мозга.
Мозжечок удален в верхней части спинного мозга. Продолговатый мозг, часть ствола мозга ответственного за непроизвольные функции, как дыхание.
Большая синяя структура здесь (окрашенная для удобного просмотра) показывает, где с большой мозговой вены стекает кровь от головного мозга. Эта артерия названа в честь древнего греческого врача Галена, который обнаружил её. Здесь также видна шишковидная железа, которая производит гормоны затрагивающие сон.
Здесь, орган центральной нервной системы аккуратно разрезан пополам. Эта часть раздела выделяет гипофиз, маленький круглый кусочек вокруг кровеносных сосудов, расположенный позади носа и ниже области головного мозга под названием гипоталамус (внизу слева). Под названием «мастер железы», гипофиз выпускает гормоны, которые влияют на другие железы.
Этот кластер нервов и артерий встречается в мостомозжечковом узле, стыке мозжечка и моста. Часть ствола мозга опосредует все передачи сообщений между мозжечком и остальной частью мозга.
Как выглядит мозг человека видно, что очень сложен и хирургия принимает большую осторожность, чтобы избежать повреждения этих нервов и кровеносных сосудов. Конечно искусственный интеллект отстает еще очень далеко от человеческого мозга.
Как выглядит мозг бесстрашного человека — и можно ли сделать свой таким же?
Телеграм-канал Hippopocampus: главное о том, как мозг нами управляет
Телеграм-канал «Hippopocampus. Канал про мозг, поведение и нейронауки» ведет биохимик, биоинформатик, редактор проекта «Биомолекула» Елена Белова. Обилие приставки «био» не прошло для блога даром: поведение людей и животных в его постах всегда объясняется с точки зрения биологии (приятное разнообразие среди сотен каналов о психологии!). Иногда это просто интересные истории вроде рассказа о цыпленке Майке, который выжил после обезглавливания и прожил еще полтора года (мог бы и дольше, если бы не подавился зернышком). Иногда — почти что лекции о том, как на самом деле работает мозг. Например, чем этот орган занят, когда мы ничего не делаем, — с иллюстрациями, которые помогают разобраться в областях мозга и их активации.
Вот несколько полезных постов.
Мы используем мозг на 10%. Или нет?
Хотя не вполне понятно, откуда взялась эта цифра, на чем она основана и проценты от чего считаются, идея о том, что человек использует мозг на 10%, поразительно живучая. Что ж, давайте разберемся, почему это не имеет ничего общего с реальностью.
Эффективность работы мозга. Оценить эффективность работы мозга сложно, потому что мозг работает с информацией. Нет однозначного ответа на вопрос, как эффективнее всего работать с информацией, пока у нас нет конкретной задачи, для которой эту информацию будут использовать, — а вся реальная жизнь состоит из неопределенного набора самых разнообразных задач.
Мозг — это такая штука, которая получает потоки очень разной информации, выделяет из нее то, что имеет значение в данном случае, а затем с учетом этой информации меняет поведение и отправляет сигналы другим органам. При этом мозг решает задачи так, чтобы добиться наилучшего эффекта минимальными усилиями — и очень хорошо справляется с этим. Если бы он был эффективен на 10%, мы бы не справлялись с 90% поставленных задач.
Эффективность — штука довольно сложная, а представления о том, что эффективно, а что нет, очень сильно зависят от угла зрения. Если даже предположить, что внутри мозга есть области, которые не используются постоянно, это ничего не говорит о том, что такой мозг неэффективен. Давайте представим, что у нас есть кнопка аварийной сирены. Используется она крайне редко — на противопожарных учениях и в случае ЧП. Значит ли это, что кнопка включения сирены неэффективна? Будет ли эффективнее нажимать на кнопку каждые три минуты, чтоб она «не простаивала»? Эффективно ли избавиться от тревожной кнопки? Не думаю.
Эволюция. Мозг — наиболее «прожорливый» орган из всех, которые есть в нашем теле. Его вес составляет около 2% от веса тела, при этом в покое он потребляет около 20% всей энергии, которую мы расходуем. С учетом того, что на протяжении многих миллионов лет человечество эволюционировало в условиях дефицита еды — то есть многие люди просто умирали от голода, — вряд ли такой энергозатратный орган появился бы, если бы был вариант обойтись чем-то более экономным. Отбор идет в сторону более эффективно работающих систем, и мозг — не исключение.
Как выглядит мозг самого бесстрашного человека на свете?
Скалолазание в технике «фри-соло» (free solo) — один из самых опасных видов скалолазания, когда люди преодолевают технически сложные маршруты на отвесных скалах, не используя никакого страховочного снаряжения, которое могло бы уберечь их в случае падения со скалы. Скалолазов, которые совершают восхождения фри-соло, можно пересчитать по пальцам; более того, многие из них погибли на таких маршрутах или же во время других не менее опасных занятий — винг-сьюита, бэйз-джампинга и тому подобного.
Алекс Хоннольд — один из (немногочисленных) живых скалолазов, которые совершают восхождения в этом опасном для жизни стиле. Первые известные «свободные» восхождения Алекса Хоннольда относятся к 2007 году, кроме того, он поставил множество рекордов, включая скоростное восхождение на Нос (The Nose) на Эль-Капитан менее чем за два часа. Это при том, что стандартное время прохождения этого маршрута — несколько дней с ночевками на стене. Кроме того, он единственный атлет в мире, который в одиночку взошел на три больших скалолазных маршрута тройной короны Йосемитов (Mt Watkins, El Capitan, Half Dome) за 18 часов 50 минут, на 90% фри-соло.
У большинства нормальных людей даже от фотографий и видео с восхождений Хоннольда учащается пульс и потеют руки, а он буквально рискует своей жизнью, проходя сложнейшие маршруты без какой-либо страховки по несколько раз в год — не считая многочисленных тренировочных маршрутов фри-соло и с веревочной страховкой. При этом выдающееся бесстрашие Хоннольда сочетается с совершенно удивительной застенчивостью: по его собственному признанию, он начал лазать без страховки отчасти потому, что стеснялся искать себе партнера.
Слева — фМРТ-изображение мозга Алекса Хоннольда, справа — другого скалолаза, ровесника Хоннольда. На горизонтальном срезе справа видна только активность миндалины, на сагиттальном срезе на обоих срезах видна активность в затылочной доле, где расположена зрительная кора, но только на изображении справа «горит» миндалина, расположенная в височной доле.
Специально для документального фильма о Хоннольде «Фри-соло» в 2016 году Алекса исследовали на фМРТ. Хладнокровие, которое проявляет Хоннольд на маршруте, выходит далеко за пределы нормальных человеческих реакций, поэтому исследователей в первую очередь интересовало, что там с амигдалой.
За страх в мозге отвечает миндалевидное тело (амигдала), ее активация запускает физиологическую реакцию на угрозу: баланс смещается в сторону симпатической нервной системы, которая готовит организм к реакции «бей или беги». Характерные признаки физиологической реакции на страх хорошо известны: выброс адреналина и кортизола в надпочечниках, рост кровяного давления, учащенный пульс, обильное потоотделение, снижение болевой чувствительности и угнетение пищеварения. Далеко не все из этого может помочь скалолазу удержаться на скале, если что-то вдруг пошло не так: скажем, вспотевшие пальцы могут не удержать зацеп на горной породе, что приведет к срыву и падению.
Для начала исследователи убедились, что миндалина у Хоннольда в мозге вообще присутствует: в медицине описаны случаи, когда миндалевидное тело у людей повреждается, и тогда эмоциональные стимулы обрабатываются совершенно по-другому. Тем не менее это точно не случай Алекса Хоннольда. Обе его миндалины — по одной в каждом полушарии — оставались целыми и невредимыми.
Далее Алексу показали панель из 200 изображений, которые вызывают у людей очень сильный ответ в миндалине: это фотографии изуродованных и окровавленных лиц, трупов, испражнений, катастроф и бедствий, опасных животных. В наборе была и пара бодрящих изображений скалолазов на опасных восхождениях. На некоторые из картинок нормальным людям смотреть почти невыносимо — однако Алекс Хоннольд и его миндалевидные тела остались совершенно невозмутимыми на протяжении всего эксперимента. Похоже, что ничто из того, что ужасает обычного обывателя, не способно произвести впечатление на Хоннольда. Он не просто подавляет в себе страх и тревогу — он их не испытывает.
Исследователи не могут сказать однозначно, чем вызвана такая необычная работа мозга Алекса Хоннольда. Два возможных объяснения неплохо дополняют друг друга: по-видимому, миндалевидные тела у Хоннольда изначально находились на краю диапазона возможных эмоциональных реакций. Другими словами, вполне вероятно, что миндалина Хоннольда изначально выдавала очень слабые ответы на возможные угрозы, то есть он был от рождения довольно бесстрашным малым. Многолетние тренировки и работа с мыслями о риске и угрозах, которые несет в себе скалолазание фри-соло, натренировали не только спортивную технику, но и ответ миндалевидного тела.
Страх может быть тем, что спасет человеку жизнь, или тем, что его погубит. Если тебе страшно, ты, скорее всего, не полезешь на скалу без страховки. Но если ты уже находишься на скале, то страх может буквально парализовать или привести к ошибкам, несовместимым с жизнью.
Можно ли удалить миндалину, а вместе с ней — и страх?
Если страх и тревожность портят человеку жизнь, может, можно просто удалить миндалину и жить себе спокойно, не тревожась?
Репутация миндалевидного тела в медиа однозначна: это средоточие страха, тревоги и стресса. У испытуемых в томографе область миндалины вспыхивает, как лампочка, в ответ на большинство тестов, в которых люди испытывают сильный эмоциональный дискомфорт. А что же случится, если человек останется без миндалевидного тела?
В медицине вообще-то существуют случаи удаления миндалины: показанием служили либо тяжелые формы эпилепсии, либо неконтролируемая агрессия — такое иногда встречается у пациентов с психическими расстройствами. Первые операции проводились еще в 1960-х — для разрушения миндалины в мозг вводили масло. С тех пор амигдалотомии (то есть удалению миндалевидного тела) подверглись сотни пациентов по всему миру. Хотя сейчас существует множество других техник для лечения психических расстройств и отклонений, амигдалотомия до сих пор не исчезла из практики (это же относится и к охоте на ведьм — ее до сих пор (!) практикуют в некоторых африканских и азиатских странах — хотя казалось бы).
Так вот, в 2017 году в Китае хирурги удалили миндалину у девушки с умственной отсталостью, психиатрическими симптомами и агрессией — и даже бодро предлагали продолжить изыскания о перспективах таких интервенций в контролируемых исследованиях с большим числом участников. Тем не менее эти случаи сложно соотносить с нормальными людьми — очень уж специфические показания к такой операции.
Любопытно, что существует также случаи «природной амигдалотомии». Болезнь Урбаха — Вите — это очень редкое рецессивное генетическое заболевание, известных случаев даже меньше, чем пациентов с хирургически удаленной миндалиной. У больных с болезнью Урбаха — Вите деградация миндалевидного тела происходит без какого-либо постороннего вмешательства. У пациентов обычно наблюдаются дерматологические и неврологические симптомы: у них утолщается кожа и слизистые, плохо заживают раны, а еще в 50–75% случаев кальцифицируется вещество внутри височных долей — и это приводит к повреждениям в миндалине и окружающих ее зонах.
Оказалось однако, что пациенты с поврежденной миндалиной вполне способны испытывать страх, более того, при вдыхании воздуха с высоким содержанием углекислого газа С.М. испытала что-то похожее на паническую атаку. Она вцепилась в руку экспериментатора, кричала и была чрезвычайно напугана: бешено бьющееся сердце, широкие зрачки, мурашки по всему телу и напряженные мышцы — явные признаки крайнего испуга были налицо.
То, как отреагировала С.М., намного превосходит реакцию обычных людей на вдыхание CO₂; более того, после нескольких повторений человек чаще всего привыкает к эффекту от углекислого газа и перестает паниковать, а у С.М. реакция на СО₂ так и оставалась чрезвычайно острой и неадекватной угрозе. Позднее она описала этот опыт как худшее, что с ней случалось, — убийца в парке не шел ни в какое сравнение с вдыханием углекислого газа. Два других пациента с отсутствующей миндалиной так же испытали панику при вдыхании СО₂ и так же описали свои ощущения как совершенно новые и совершенно ужасные.
Неинвазивная амигдатотомия на сканах мозга. Красным обведена зона миндалевидного тела, которая атрофируется у пациентов с болезнью Урбаха — Вите. Слева — норма, справа — пациентка С.М.
Получается, что удаление миндалины не избавляет от страха — хотя как минимум притупляет реакцию на множество «страшных» для человека стимулов, но не защищает от других «несоциальных» источников страха. Исследователи предполагают, что пациенты защищены от внешних источников страха, которые люди опознают, опираясь на то, что слышат и видят. В случае с углекислым газом страх действует изнутри: растворяясь в крови, СО₂ непосредственно влияет на структуры ствола мозга, и его действие не нуждается в интерпретации со стороны миндалины. Исследователи полагают, что в норме миндалина может регулировать силу реакции на угрозу и подавлять панику. В пользу такого предположения говорит и то, что в одном из исследований у людей с паническим расстройством обнаружилась атрофия и слабая активность в миндалине.
Вполне возможно, что миндалина важна не только для того, чтобы мы могли научиться бояться тех вещей, которые таят опасность. Она также помогает нам перестать бояться тех вещей, которые больше не представляют угрозы. Возможно, именно благодаря этому Алекс Хоннольд смог натренировать свою миндалину так же, как натренировал мышцы — главное не паниковать и не дергаться, и тогда все, скорее всего, закончится хэппи-эндом.
Можно ли разгадать преступление по ЭЭГ?
Первое преступление, раскрытое с помощью ЭЭГ, случилось отнюдь не в Дубае в этом году. Первый успех технологии ЭЭГ-тестирования относится к 1999 году, когда Лоуренс Фаревел протестировал подозреваемого в изнасиловании и убийстве, произошедших за полтора десятилетия до этого. Подозреваемым был лесоруб Джеймс Гриндер, и на основании записей его ЭЭГ исследователь сделал вывод, что он осведомлен о деталях произошедшего, которые были известны следователям. Результаты теста были убедительными, и вскоре убийца сознался, чтобы иметь возможность получить пожизненный приговор вместо смертной казни. Впоследствии он признался в убийстве еще двух женщин.
Сейчас существует две разновидности ЭЭГ-тестирования, которые используют сигнал Р300 для раскрытия преступлений. Более ранний и простой подход носит название «тест на скрытую информацию» (concealed information test, CIT): испытуемым задают множество закрытых вопросов (на которые можно ответить «да»/«нет»/«не знаю») об обстоятельствах произошедшего, которые могут быть известны только непосредственным свидетелям преступления. Подозреваемых спрашивают об орудии убийства, месте ранения, времени и месте преступления, предлагая по 5–10 разных вариантов ответа.
Предполагается, что допрашиваемые будут отпираться, отвечая «не знаю» на все предложенные вопросы, однако преступника выдаст активность его мозга. Если следователи спрашивают о деталях преступления, которые известны убийце, то ЭЭГ-ответ на такие вопросы сможет рассказать больше, чем хотелось бы преступнику, — достаточно сравнить такие ЭЭГ-записи с остальными «неправильными» вариантами.
Участники, осведомленные (4, 5, 6) и неосведомленные (18, 19, 20) об обстоятельствах, которые проверяли ученые. Синяя линия — пробы: факты, которые известны только свидетелю происшествия. Красная линия — мишени: общеизвестные факты о происшествии. Зеленая линия — нерелевантные варианты
Во второй усовершенствованной разновидности ЭЭГ-тестирования вопросы делятся уже на три группы — пробы, мишени и нерелевантные варианты. Фактически и пробы, и мишени относятся к истинным обстоятельствам произошедшего, только информация в «пробах» известна всем подозреваемым (скажем, имя жертвы и дата убийства), а информация в мишенях — только тому, кто совершил убийство (и следователям, расследующим дело).
По идее Лоуренса Фаревела, предложившего этот метод, он может точнее определить, что именно известно или неизвестно человеку. Для этого достаточно сравнить ЭЭГ-ответы на вопросы-мишени с двумя остальными группами. У невиновного человека кривая ЭЭГ-ответа на такие вопросы будет близкой к нерелевантным вариантам (он ведь понятия не имеет о тонкостях произошедшего). У убийцы форма ЭЭГ на вопросы-мишени будет повторять ЭЭГ-ответ на вопросы-пробы, так как обе категории вопросов психика преступника будет воспринимать одинаково — все это обстоятельства произошедшего, которые известны преступнику.
В 2013 году Фаревел основал компанию, использующую этот метод для разработки оборудования, которое можно использовать в криминалистических лабораториях. Сам он называет свой метод brain fingerprinting — на русский это можно перевести как «мозговая дактилоскопия». Он утверждает, что предложенная им техника прошла проверку на более чем 200 случаях, включая научные исследования и расследования случаев из реальной жизни, и намного превосходит более простую версию тестирования на скрытую информацию и дает 100%-ю точность при допросах, если соблюдаются все необходимые условия исследования (в обзорной статье, посвященной своей методике, он перечисляет 20 пунктов, которые необходимо соблюсти для надежной оценки информации, которая известна подозреваемому).
Критики Фаревела скептически относятся к тому, что он говорит о своем детище. P300 и его более продолжительный вариант, используемый Фаревелом, нельзя считать прямым свидетельством осведомленности человека о тех или иных фактах и деталях. Кроме того, оппоненты Фаревела обратили внимание, что большинство испытаний метода проводилось за закрытыми дверями в офисах ФБР и криминалистов и недоступны для широкой аудитории. Единственное лабораторное исследование методики, опубликованное в научном рецензируемом журнале, включало всего 20 испытуемых — и это слишком мало, чтобы судить о научной обоснованности подхода. Расследования «преступлений» (случаев из реальной жизни) были опубликованы в научных журналах всего дважды — в одном случае речь шла о четырех участниках, совершивших небольшие правонарушения, вроде распития алкоголя до достижения 21 года, а в другом исследовании троих из шести участников (остальные трое были в контрольной группе) проверяли на знание собственных автобиографических данных.
С точки зрения использования любых ЭЭГ-подходов для следственных действий, главная проблема — выбрать информацию, подходящую для тестирования подозреваемых. Для этого следователям необходимо правильно определить обстоятельства преступления, которые известны преступнику и не могли выпасть из фокуса его внимания. Вообще-то это нетривиальная задача. Когда исследователи сравнили эффективность детектора лжи и ЭЭГ-тестирования, оказалось, что ЭЭГ-тестирование гораздо точнее определяет людей, которым известны определенные сведения, если список таких вопросов заранее подготовлен при активном участии тестируемых. Однако когда дело дошло до отработки криминальных сценариев и участникам исследования было необходимо стащить кошелек, а затем предстать вместе с другими «подозреваемыми» перед следователями, обычный полиграф точнее выявлял вора, чем потенциалы P300. Сами вопросы о совершенном преступлении несут в себе большую долю неопределенности: некоторым людям удавалось выйти сухими из воды только потому, что, совершая преступление, они попросту не обратили внимания на те обстоятельства, о которых их спрашивали на ЭЭГ-тестировании, — однако нервничали они сильнее, чем другие опрашиваемые.