Когда я учился в школе, химия давалась мне хуже всех предметов. Единственный научный факт, который я запомнил на уроках химии, касается одного трюка, которым можно воспользоваться на практикуме. Вам выдают много маленьких емкостей с белыми порошками, и вы должны установить, где какое вещество. Попробуйте их на вкус. Вещество, сладкое на вкус, будет ацетат свинца. Только не пробуйте слишком много!

Такой подход к химии свойствен многим простым людям. Его обычно применяют к содержимому тех баночек, что стоят в глубине кухонного шкафа. Если не можешь по виду сказать, что это, попробуй на вкус. Так мы и знакомимся с материальным миром. Мы исследуем его с помощью наших органов чувств.

Рис. 1.1. Сетчатка глаза, которая обеспечивает связь между светом и мозговой активностью

Сетчатка, расположенная в глубине глаза, содержит большое число специальных нейронов (фоторецепторов), активность которых меняется, когда на них падает свет. В середине сетчатки (в области центральной ямки) располагаются фоторецепторы-колбочки. Есть три типа колбочек, каждый из которых реагирует на свет с определенной длиной волны (красный, зеленый и синий). Вокруг центральной ямки расположены фоторецепторы-палочки, реагирующие на слабый свет любого цвета. Все эти клетки посылают по зрительному нерву сигналы в зрительную зону коры.

Отсюда следует, что, если наши органы чувств повреждены, это плохо сказывается на нашей способности исследовать материальный мир. Вполне вероятно, что вы близоруки[22]. Если я попрошу вас снять очки и посмотреть вокруг, вы не будете различать мелкие объекты, расположенные всего в паре метров от вас. Тут нет ничего удивительного. Именно наши органы чувств – глаза, уши, язык и другие – и обеспечивают связь между материальным миром и нашим сознанием. Наши глаза и уши, как видеокамера, собирают информацию[23] о материальном мире и передают ее сознанию. Если глаза или уши повреждены, эта информация не может передаваться должным образом. Такие повреждения затрудняют нам знакомство с окружающим миром.

Эта проблема окажется еще более интересной, если мы задумаемся, как информация от глаз достигает сознания. Давайте на минуту забудем про вопрос о том, каким образом электрическая активность фоторецепторов глаза[24] преобразуется в наше ощущение цвета, и ограничимся наблюдением, что информация от глаз (а также ушей, языка и других органов чувств) поступает в мозг. Отсюда следует, что повреждения мозга тоже могут затруднять знакомство с материальным миром.

Прежде чем мы начнем разбираться в том, как повреждения мозга могут сказываться на нашем восприятии окружающего мира, нужно немного подробнее рассмотреть связь между нашей психикой и мозгом. Эта связь должна быть тесной. Как мы узнали из пролога, всякий раз, когда мы представляем себе какое-нибудь лицо, у нас в мозгу активируется специальная область, связанная с восприятием лиц. В данном случае мы, зная о чисто психическом опыте, можем предугадать, какая область мозга будет при этом активироваться. Как мы вскоре убедимся, мозговые травмы могут оказывать глубокое воздействие на психику. Более того, зная, где именно был травмирован мозг, мы можем предугадать, как в результате этого изменилась психика пациента. Но эта связь между мозгом и психикой несовершенна. Это не взаимно однозначная связь. Некоторые изменения активности мозга могут никак не сказаться на психике.

С другой стороны, я глубоко убежден, что любые изменения психики связаны с изменениями активности мозга[25]. Я убежден в этом потому, что считаю, что всё, что происходит в моем внутреннем мире (психическая активность), вызывается мозговой активностью или, по крайней мере, зависит от нее[26].

Итак, если я прав в своем убеждении, последовательность событий должна выглядеть примерно так. Свет попадает на светочувствительные клетки (фоторецепторы) нашего глаза, и они посылают сигналы в мозг. Механизм этого явления уже неплохо известен. Затем возникающая в мозгу активность каким-то образом создает в нашем сознании ощущение цвета и формы. Механизм этого явления пока совершенно неизвестен. Но каким бы он ни был, мы можем сделать вывод, что в нашем сознании не может быть знаний об окружающем мире, никак не представленных в мозгу[27]. Всё, что мы знаем о мире, мы знаем благодаря мозгу. Поэтому, вероятно, нам незачем задаваться вопросом: “каким образом мы или наше сознание познаем окружающий мир? Вместо этого нужно задаться вопросом: каким образом наш мозг познаёт окружающий мир?”[28] Задаваясь вопросом о мозге, а не о сознании, мы можем на время отложить решение вопроса о том, как знания об окружающем мире попадают в наше сознание. К сожалению, этот трюк не работает. Чтобы узнать, что известно вашему мозгу об окружающем мире, я в первую очередь задал бы вам вопрос: “Что вы видите?” Я обращаюсь к вашему сознанию, чтобы узнать, что отображается в вашем мозгу. Как мы с вами убедимся, этот метод далеко не всегда надежен.

Из всех чувствительных систем мозга мы больше всего знаем о зрительной системе[29]. Видимая картина мира вначале отображается в нейронах, расположенных в глубине сетчатки. Получающееся при этом изображение перевернуто и зеркально отражено, совсем как картинка, возникающая внутри фотоаппарата: нейроны, расположенные на сетчатке вверху слева, отображают нижнюю правую часть поля зрения. Сетчатка посылает сигналы в первичную зрительную кору (V1[30]) в затылочной части мозга через таламус (зрительный бугор) – своеобразную ретрансляционную станцию, расположенную в глубине мозга. Отростки нейронов, передающие эти сигналы, частично перекрещиваются, так что левая сторона каждого глаза отображается в правом полушарии, а правая – в левом. “Фотографическое” изображение в первичной зрительной коре сохраняется[31], так что нейроны, расположенные в верхней части зрительной коры левого полушария? отображают нижнюю правую часть поля зрения.

Последствия повреждений первичной зрительной коры зависят от того, где именно произошла травма. Если поврежден верхний левый участок зрительной коры, то пациент, оказывается, неспособен видеть объекты, расположенные в нижней правой части поля зрения. В этой части поля зрения такие пациенты слепы.

Некоторые люди, страдающие от мигрени, время от времени перестают видеть какую-либо часть поля зрения, оттого что у них на какое-то время сокращается приток крови к зрительной зоне коры. Обычно этот симптом начинается с того, что в поле зрения возникает небольшой “слепой” участок, который постепенно разрастается. Этот участок часто бывает окружен мерцающей зигзагообразной линией, которую называют фортификационным спектром.

Рис. 1.2. Как сигналы передаются по нервам от сетчатки в зрительную зону коры

Сигнал о свете из левой стороны поля зрения поступает в правое полушарие. Мозг показан снизу.

Прежде чем информация из первичной зрительной коры будет передана дальше в мозг для следующего этапа обработки, полученное изображение раскладывается на составляющие, такие как информация о форме, цвете и движении. Эти составляющие зрительной информации передаются дальше в разные участки мозга. В редких случаях мозговые травмы могут затрагивать участки мозга, задействованные в обработке лишь одной из этих составляющих, в то время как остальные участки остаются неповрежденными. Если повреждена область, связанная с восприятием цвета (V4), человек видит мир бесцветным (такой синдром называется ахроматопсией, или цветовой слепотой). Все мы видели черно-белые фильмы и фотографии, поэтому не так уж сложно представить себе ощущения людей, страдающих этим синдромом. Намного сложнее представить себе мир человека, у которого повреждена зона, связанная со зрительным восприятием движения (V5). С течением времени видимые объекты, например машины, меняют свое положение в поле зрения – но при этом человеку не кажется, что они движутся (такой синдром называют акинетопсией). Это ощущение, вероятно, представляет собой нечто противоположное иллюзии водопада, которую я упоминал в прологе. При этой иллюзии, которую каждый из нас может испытать, объекты не меняют своего положения в поле зрения, но нам кажется, что они движутся.

Рис. 1.3. Как повреждения зрительной коры влияют на восприятие

Повреждения зрительной коры вызывают слепоту на определенных участках поля зрения. Потеря всей зрительной коры правого полушария вызывает слепоту на всей левой стороне поля зрения (гемиопия). Потеря небольшого участка в нижней половине зрительной коры правого полушария приводит к появлению слепого пятна в левой верхней половине поля зрения (скотома). Потеря всей нижней половины зрительной коры правого полушария вызывает слепоту на всей верхней половине левой стороны поля зрения (квадрантная гемианопсия).

Рис. 1.4. Развитие слепого пятна при мигрени по Карлу Лэшли

Симптом начинается с того, что в районе середины поля зрения возникает слепое пятно, которое затем постепенно увеличивается в размерах.

На следующем этапе обработки зрительной информации такие ее составляющие, как информация о форме и цвете, вновь совмещаются для распознавания находящихся в поле зрения объектов. Участки мозга, в которых это происходит, иногда оказываются повреждены, в то время как области, где проходят предыдущие этапы обработки зрительной информации, остаются неповрежденными. У людей с такими травмами могут быть проблемы с распознаванием видимых объектов. Они в состоянии видеть и описывать различные характеристики объекта, но не понимают, что это такое. Подобное нарушение способности узнавания называют агнозией[32]. При этом синдроме первичная зрительная информация продолжает поступать в мозг, но осмыслить ее человек уже не может. При одной из разновидностей этого синдрома люди не способны узнавать лица (это прозопагнозия, или агнозия на лица). Человек понимает, что видит пред собой лицо, но не может понять, чье оно. У таких людей повреждена область, связанная с восприятием лиц, о которой я рассказывал в прологе.

Кажется, что с этими наблюдениями все ясно. Повреждения мозга затрудняют передачу информации об окружающем мире, собираемой органами чувств. Характер воздействия этих повреждений на нашу способность познавать окружающий мир определяется тем этапом передачи информации, на котором сказывается повреждение. Но иногда наш мозг может играть с нами странные шутки.

Мечта всякого нейрофизиолога[33] – найти человека, у которого был бы столь необычный взгляд на мир, что нам пришлось бы кардинально пересмотреть свои представления о работе мозга. Чтобы найти такого человека, нужны две вещи. Во-первых, нужно везение, чтобы встретиться с ним (или с ней). Во-вторых, нужно, чтобы у нас хватило ума понять важность того, что мы наблюдаем.

“Вам, конечно, всегда хватало и везения, и ума”, – говорит профессор английского языка.

К сожалению, нет. Однажды мне крупно повезло, но мне не хватило ума это понять. В молодости, когда я работал в Институте психиатрии в южной части Лондона, я исследовал человеческие механизмы обучения. Меня представили человеку, страдавшему сильной потерей памяти. В течение недели он каждый день приходил ко мне в лабораторию[34] и учился выполнять одну задачу, требующую определенного двигательного навыка. Его результат постепенно улучшался без отклонений от нормы, и выработанный навык сохранялся у него даже после недельного перерыва. Но вместе с тем у него была столь сильная потеря памяти, что каждый день он говорил, что никогда раньше со мной не встречался и никогда этой задачи не выполнял. “Как странно”, – думал я. Но я интересовался проблемами обучения двигательным навыкам. Этот человек обучался требуемому навыку нормально и не вызвал у меня интереса. Разумеется, многим другим исследователям удавалось оценить важность людей с подобными симптомами. Такие люди могут ничего не помнить о том, что происходило с ними ранее, даже если это было только вчера. Раньше мы предполагали, что это происходит оттого, что происходившие события не записываются у человека в мозгу. Но у того человека, с которым я работал, приобретенный ранее опыт явно оказывал долгосрочное влияние на мозг, потому что у него получалось день ото дня всё успешнее выполнять поставленную задачу. Но эти долгосрочные изменения, происходящие в мозгу, не действовали на его сознание. Он не мог вспомнить ничего из того, что происходило с ним вчера. Существование таких людей свидетельствует о том, что нашему мозгу может быть известно об окружающем мире что-то неизвестное нашему сознанию.

Мел Гудейл и Дэвид Милнер не повторили мою ошибку, когда встретили женщину, известную под инициалами D.F. Они сразу поняли всю важность того, что им удалось пронаблюдать. D.F. перенесла отравление угарным газом, выделившимся в результате неисправности водонагревателя. Это отравление повредило часть зрительной системы ее мозга, связанную с восприятием формы. Она могла смутно воспринимать свет, тень и цвета, но не могла узнавать объекты, потому что не видела, какой они формы. Гудейл и Милнер заметили, что у D.F., похоже, намного лучше получается ходить по экспериментальной площадке и подбирать предметы, чем можно было бы ожидать, учитывая ее почти полную слепоту. За несколько лет они провели целый ряд экспериментов с ее участием. Эти эксперименты подтвердили наличие несоответствия между тем, что она могла видеть, и тем, что она могла делать.

Один из экспериментов, поставленных Гудейлом и Милнером, выглядел так. Экспериментатор держал в руке палочку и спрашивал D.F., как эта палочка расположена. Она не могла сказать, расположена ли палочка горизонтально, или вертикально, или под каким-то углом. Казалось, что она вообще не видит палочку и просто пытается угадать ее расположение. Затем экспериментатор просил ее протянуть руку и взяться за эту палочку рукой. Это у нее нормально получалось. При этом она заранее поворачивала кисть руки так, чтобы удобнее было взять палочку. Под каким бы углом ни располагалась палочка, она без проблем могла взяться за нее рукой. Это наблюдение показывает, что мозг D.F. “знает”, под каким углом расположена палочка, и может воспользоваться этой информацией, управляя движениями ее руки. Но D.F. не может воспользоваться этой информацией, чтобы осознать, как расположена палочка. Ее мозг знает об окружающем мире что-то такое, чего не знает ее сознание.

Рис. 1.5. Неосознанные действия

У пациентки D.F. повреждена часть мозга, необходимая для распознавания объектов, в то время как часть мозга, необходимая, чтобы держать предметы в руке, остается неповрежденной. Она не понимает, как повернуто “письмо” относительно щели. Но она может повернуть его нужным образом, просовывая в щель.

Известно очень мало людей с точно такими же симптомами, как у D.F. Но есть немало людей с мозговыми повреждениями, при которых мозг играет похожие шутки. Наверное, самое впечатляющее несоответствие наблюдается у людей с синдромом “слепозрения” (blindsight), который вызывается травмами первичной зрительной коры. Как мы уже знаем, подобные травмы приводят к тому, что человек перестает видеть какую-либо часть поля зрения. Лоуренс Вайскранц первым показал, что у некоторых людей эта слепая область поля зрения не вполне слепа[35]. В одном из его экспериментов перед глазами испытуемого по слепой части его поля зрения вправо или влево движется светлое пятно, и испытуемого просят сказать, что он видит. Этот вопрос кажется ему необычайно глупым. Он ничего не видит. Тогда вместо этого его просят угадать, куда двигалось пятно, влево или вправо. Этот вопрос тоже кажется ему довольно глупым, но он готов поверить, что почтенный оксфордский профессор знает, что делает. Профессор Вайскранц обнаружил, что некоторым людям удается угадывать направление движения пятна намного лучше, чем если бы они просто отвечали наугад. В одном из таких экспериментов испытуемый ответил правильно более чем в 80 % случаев, хотя и продолжал утверждать, что ничего не видит. Таким образом, если бы у меня был синдром слепозрения, сознание могло бы говорить мне, что я ничего не вижу, в то время как мой мозг располагал бы некоторыми сведениями о видимом окружающем мире и как-то подсказывал мне, помогая “угадывать” правильный ответ. Что же это за знания, которыми обладает мой мозг, но не обладаю я?

Неведомые знания человека с синдромом слепозрения, по крайней мере, соответствуют действительности. Но иногда мозговые травмы приводят к тому, что сознание получает об окружающем мире сведения, которые в действительности совершенно не соответствуют. Одну глухую старушку среди ночи разбудили звуки громкой музыки. Она обыскала всю квартиру в поисках источника этих звуков, но нигде не могла его найти. В конце концов она поняла, что музыка звучала только у нее в голове. С тех пор она почти всегда слышала эту несуществующую музыку. Иногда это был баритон под аккомпанемент гитары, а иногда хор в сопровождении целого оркестра.

Рис. 1.6. Спонтанная активность мозга, связанная со слепотой (синдром Шарля Бонне) вызывает зрительные галлюцинации

Характер этих галлюцинаций зависит от того, в каком участке мозга наблюдается активность. Мозг показан снизу.

Отчетливые слуховые и зрительные галлюцинации бывают примерно у 10 % пожилых людей, страдающих от тяжелых форм потери слуха или зрения. Зрительные галлюцинации, возникающие при синдроме Шарля Бонне[36], часто представляют собой лишь разноцветные пятна или узоры. Люди, страдающие этим синдромом, видят тончайшие сетки из золотой проволоки, овалы, заполненные узором, похожим на кирпичную кладку, или фейерверки из ярких разноцветных взрывов. Иногда галлюцинации принимают вид человеческих лиц или фигур. Эти лица обычно кривые и уродливые, с выступающими глазами и зубами. Фигуры людей, о которых рассказывают пациенты, обычно маленькие, в шляпах или костюмах определенной эпохи.

Доминик Ффитч и его коллеги из Института психиатрии сканировали во время подобных галлюцинаций мозг людей, страдающих синдромом Шарля Бонне. Непосредственно перед тем, как человек видел перед собой чьи-то лица, у него начинала увеличиваться активность области, связанной с восприятием лиц. Точно так же активность в области, связанной с восприятием цвета, начинала увеличиваться непосредственно перед тем, как испытуемый сообщал, что видит цветное пятно.

В настоящее время есть уже немало исследований, демонстрирующих, что активность мозга может создавать ложный опыт, касающийся происходящих в окружающем мире событий. Один из примеров такого опыта связан с эпилепсией. На каждые 200 человек в среднем приходится один, страдающий эпилепсией. Эта болезнь связана с расстройством работы мозга, в результате которого электрическая активность большого числа нейронов время от времени выходит из-под контроля, вызывая приступ (припадок). Во многих случаях развитие припадка вызывается активацией определенного участка мозга, в котором иногда можно выделить небольшую поврежденную область. Неуправляемая активация нейронов начинается именно в этом участке, а затем распространяется по всему мозгу.

Непосредственно перед припадком многие эпилептики начинают испытывать странное ощущение, известное под названием “аура”. Эпилептики быстро запоминают, какую именно форму принимает их аура, и, когда наступает это состояние, знают, что вскоре начнется припадок. Разные эпилептики при этом испытывают разные ощущения. Для одного это может быть запах горелой резины. Для другого – звон в ушах. Характер этих ощущений зависит от местоположения области, из которой начинается припадок.

Примерно у 5 % эпилептиков припадок возникает в зрительной зоне коры. Перед самым припадком они видят несложные разноцветные фигуры, иногда вращающиеся или сверкающие. Мы можем получить определенное представление о том, на что похожи эти ощущения, по зарисовкам, сделанным эпилептиками после припадка (см. рис. ЦВ3 на цветной вставке).

Одна пациентка, Кэтрин Майз, подробно описала сложные зрительные галлюцинации, появление которых было связано у нее с припадками, вызванными гриппом. Она испытывала галлюцинации в течение нескольких недель после прекращения этих припадков.

У некоторых эпилептиков припадок возникает в слуховой зоне коры, и перед его началом они слышат звуки и голоса.

Иногда во время ауры эпилептики испытывают сложные ощущения, в ходе которых они вновь переживают события прошлого:

Девушка, у которой припадки начались в одиннадцатилетнем возрасте. [В начале припадка] видит саму себя в возрасте семи лет, идущую по заросшему травой полю. Внезапно ей кажется, что кто-то сбирается напасть на нее со спины и начать душить, или ударить по голове, и ее охватывает страх. Этот эпизод повторялся почти без изменений перед каждым припадком и был, очевидно, основан на реальном событии [которое произошло с ней в возрасте семи лет].

Эти наблюдения заставляют предположить, что аномальная нервная деятельность, связанная с эпилептическими припадками, может приводить к возникновению у человека ложных знаний об окружающем мире. Но чтобы убедиться в справедливости этого вывода, нужно провести соответствующий эксперимент, в ходе которого мы будем управлять нервной деятельностью мозга, непосредственно стимулируя его клетки.

При некоторых тяжелых формах эпилепсии избавить человека от припадков можно, только вырезав поврежденный участок мозга. Перед тем как вырезать этот участок, нейрохирург должен убедиться, что его удаление не скажется на какой-либо жизненной функции, например речи. Великий канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд первым провел подобные операции, в ходе которых мозг пациента стимулировали электрическими разрядами, чтобы получить представление о функциях отдельных его участков. Это делается посредством прикладывания электрода к поверхности оголенного мозга и пропускания через мозг очень слабого электрического тока, который вызывает активацию нейронов, расположенных близко к электроду. Эта процедура совершенно безболезненна, и ее можно проводить, когда пациент пребывает в полном сознании.