Пластичность мозга

область моего мозга размером примерно в 0,5 кубического сантиметра, состоящую из миллионов клеток — зону мозга для этого пальца.

ТМС — это мостик, перекинутый к моему мозгу. Его магнитное поле безопасно и безболезненно проходит через мое тело, индуцируя электрический ток только в момент достижения нейронов. Уайлдеру Пенфилду приходилось вскрывать череп хирургическим путем и имплантировать электрический зонд в мозг для стимуляции двигательной или сенсорной областей коры. Когда Паскуаль-Леоне включает прибор и заставляет мой палец двигаться, я ощущаю в точности то же самое, что чувствовали пациенты Пенфилда, когда он вскрывал их череп и воздействовал на их мозг большими электродами.

Паскуаль-Леоне

Альваро Паскуаль-Леоне достаточно молод, но уже успел многого достичь в своей области. Он родился в 1961 году в Валенсии, в Испании. Родители Альваро, врачи по профессии, отдали его в немецкую школу, где, прежде чем заняться медициной, он, как многие специалисты по нейропластичности, изучал работы греческих и немецких философов. Он получил степень доктора медицины и доктора физиологии в Университете Фрейбурга, затем приехал в Соединенные Штаты для продолжения обучения.

У Паскуаль-Леоне кожа оливкового цвета, темные волосы и выразительный голос. О серьезных вещах он говорит с оттенком шутливости. Главное место в его кабинете занимает компьютерный монитор с большим экраном, который он использует для демонстрации того, что видит в мозге через свое «окно» ТМС. В его компьютер со всех концов света стекаются электронные сообщения от его коллег и соратников. Расположенные за его спиной полки заполнены книгами по электромагнетизму, и повсюду разложены бумаги.

Паскуаль-Леоне был первым ученым, который использовал ТМС для картирования мозга. В зависимости от интенсивности и частоты ТМС может применяться для активации какой-либо области мозга или блокирования ее деятельности. Желая определить функцию конкретного участка мозга, Паскуаль-Леоне применяет импульсы ТМС, чтобы временно блокировать этот участок, а затем устанавливает, какая психическая функция утрачена.

Он также первым начал использовать высокочастотную «повторяющуюся ТМС», или пТМС. Высокочастотная повторяющаяся ТМС может вызвать такую сильную активацию нейронов, что они возбуждают друг друга и остаются в активированном состоянии даже после того, как первоначальный импульс пТМС прекращается. Это позволяет на некоторое время активировать участок мозга, что может быть использовано в терапевтических целях. Например, при некоторых типах депрессии префронтальная кора головного мозга частично дезактивирована и функционирует недостаточно хорошо. Группа Паскуаль- Леоне первой показала эффективность пТМС при лечении таких пациентов с тяжелой формой депрессии. Семьдесят процентов тех, кому не помогли никакие традиционные методы лечения, выздоровели с помощью пТМС, при этом у них наблюдалось меньше побочных эффектов, чем при назначении лекарственных препаратов.

Почему Ахиллес не может перегнать черепаху

В начале 1990-х годов, когда Паскуаль-Леоне еще был молодым сотрудником Национального института неврологических заболеваний и инсульта, он провел ряд экспериментов — известных среди специалистов по нейропластичности своей простотой и изяществом, — которые позволили усовершенствовать способ картирования мозга, заложили основу его экспериментов, ориентированных на воображение, и помогли нам понять, как мы осваиваем навыки.

Он исследовал процесс освоения новых навыков, используя ТМС для картирования мозга слепых участников эксперимента, которые учились читать по системе Брайля. Испытуемые изучали азбуку Брайля в течение года: вначале в классе пять дней в неделю по два часа в день, а затем час дома. Люди, пользующиеся этой азбукой, «сканируют» текст, двигая указательными пальцами по ряду маленьких выпуклых точек, т. е., совершают действия, относящиеся к двигательной активности. При этом они воспринимают на ощупь расположение этих точек, что относится к сенсорной активности. Данные, полученные в ходе этого эксперимента, стали одними из первых подтверждений того, что в процессе освоения новых навыков в мозге происходят пластические изменения.

Воспользовавшись ТМС для картирования двигательной коры, Паскуаль-Леоне[106] обнаружил, что у испытуемых карты тех пальцев, которые «читали по шрифту Брайля», были больше, чем карты других указательных пальцев. Паскуаль-Леоне также выяснил, что по мере роста скорости считывания слов двигательные карты увеличивались в размере. Однако наиболее удивительным открытием, сделанным им в ходе эксперимента, стал паттерн пластических изменений, происходящих на протяжении недели.

Мозг объектов исследования картировали с помощью ТМС по пятницам (в конце недели тренировок) и по понедельникам (после того, как они отдыхали в выходные дни). Паскуаль-Леоне обнаружил, что изменения в эти дни были разными. С самого начала исследования карты, полученные в пятницу, демонстрировали очень быстрое и значительное расширение, но к понедельнику они возвращались к своему исходному размеру. Пятничные карты продолжали расти в течение шести месяцев — упорно возвращаясь к исходному состоянию каждый понедельник. Примерно через шесть месяцев изменение пятничных карт продолжилось, но оно не было настолько интенсивным, как в первые полгода.

В картах, получаемых в понедельник, наблюдалась противоположная тенденция. До окончания шести месяцев обучения они не менялись; затем начиналось их медленное увеличение, которое останавливалось, когда длительность обучения составляла десять месяцев. Скорость, с которой испытуемые читали азбуку Брайля, в большей степени соответствовала картам понедельника, и хотя зафиксированные в эти дни изменения не были такими значительными, как по пятницам, они носили более устойчивый характер.

По окончании десяти месяцев участники эксперимента сделали двухмесячный перерыв в обучении. Когда они вернулись к занятиям, было проведено новое картирование их мозга, которое показало, что их карты не изменились с момента картирования в последний понедельник два месяца назад. Таким образом, обучение приводило к значительным краткосрочным изменениям в течение недели. Однако по понедельникам, после выходных, наблюдались более устойчивые изменения.

Паскуаль-Леоне считает, что различие результатов, получаемых по пятницам и понедельникам, означает существование разных механизмов пластических изменений. Быстрые изменения, наблюдаемые в пятницу, усиливают существующие нейронные связи и выявляют нервные пути, преданные забвению. Более медленные, но стабильные, изменения, фиксируемые в понедельник, предполагают формирование принципиально новых структур и возможное «выращивание» новых связей и синапсов.

Понимание этого эффекта «черепахи и зайца» может помочь нам разобраться с тем, что мы должны делать для того, чтобы в совершенстве овладеть новым навыком. После короткого периода тренировки, как это бывает, когда, к примеру, нам нужно срочно подготовиться к сдаче экзамена, достаточно просто добиться улучшений, поскольку в данном случае мы усиливаем существующие синаптические связи. Однако мы быстро забываем то, что «вызубрили», потому что подобные связи так же легко уходят, как приходят. Для того чтобы сохранить улучшения и сделать навык постоянным, необходима медленная настойчивая работа, позволяющая сформировать новые связи. Если человеку, осваивающему какой-либо навык, кажется, что он не делает успехов, или что его «голова напоминает сито», то ему следует упорно тренироваться до тех пор, пока он не добьется «эффекта понедельника» (на что людям, изучающим азбуку