Татьяна СТРОГАНОВА, «Головной мозг состоит из софта и железа». Радиостанция «Вести FM» (ВГТРК), передача «Наука 2.0».
СМИ о нас
Головной мозг состоит из софта и железа
Что происходит внутри черепной коробки, когда мы спим, играем в шахматы, прыгаем с шестом или решаем проблему тысячелетия? Какие современные способы позволяют учёным читать чужие мысли и следить за тем, что происходит у нас в голове? Доктор биологических наук Татьяна Строганова рассказала об этом и многом другом в совместном проекте радиостанции "Вести ФМ" и портала "Полит.ру" "Наука 2.0".
Дмитрий Ицкович: Здравствуйте, в студии Дмитрий Ицкович и Борис Долгин - программа "Наука 2.0", совместный проект радиостанции "Вести FM" и портала "Полит.ру". Мы разговариваем с Татьяной Александровой Строгановой, доктором биологических наук, профессором, руководителем Центра нейрокогнитивных исследований Московского государственного психолого-педагогического университета. Кроме того, Татьяна Александровна - заведующая кафедрой возрастной психофизиологии того же университета, член редколлегии журнала "Экспериментальная психология", главный научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования. Здравствуйте, Татьяна Александровна.
Татьяна Строганова: Здравствуйте.
Д.И.: Знаете, я читаю ваши титулы, и мне кажется, что тут есть несколько слов, которые не складываются в одну картину с точки зрения обывателя, интересующегося наукой. Психология - понятно, Фрейд, но возрастная психология - это что такое? А биология - это для обывателя вообще из другой сферы. Про когнитивные исследования мы как-то говорили в передаче, но нейрокогнитивные... В общем, у вас сфера деятельности, которая размечена словами, по отдельности понятными, а вот в целом.... Борис Долгин: К тому же не надо забывать про возрастную психогенетику, которая была названа в конце.
Д.И.: Как может быть генетика возрастной?
Т.С.: Хорошо, давайте договоримся о терминах - с этого хорошо начинать любую беседу. Во-первых: я биолог, окончила кафедру высшей нервной деятельности биологического факультета МГУ. Второй вопрос: чем я занимаюсь? Я действительно занимаюсь относительно молодой наукой, которая называется психобиология, или психофизиология. Эта наука возникла в 80-х годах прошлого столетия. Тогда один за другим появились разные методы прижизненного исследования мозга и его функций. Сейчас эти методы у всех на слуху: позитронная и эмиссионная томография, функциональная магнитная резонансная томография.
Д.И.: Ну, не то, чтобы на слуху, но у всех есть представление о том, что можно сделать томограмму, какие-то еще исследования. Ударился головой - и что-то такое с тобой делают.
Т.С.: Хорошо, появилась возможность исследовать активные структуры мозга в момент, когда мозг работает. Т.е. вы решаете арифметическую задачу, и можно посмотреть, какие структуры мозга у вас активны в этот момент. Эта возможность появилась в 80-е годы ХХ века.
Д.И.: А раньше как изучали?
Т.С.: Раньше единственным способом изучения этой активности была электроэнцефалограмма.
Б.Д.: И был мёртвый мозг, с которым можно было делать всё, что угодно.
Т.С.: Да, но он был мёртвый. А теперь активность живого мозга начали по-настоящему изучать у живого человека, а не только у животного. Мозг животных изучают с начала ХХ века, когда появилась техника электродных исследований, микроэлектродных исследований. А с мозгом человека дела обстояли иначе. Мы почти ничего не знали о том, как он функционирует до той поры, пока не были внедрены в науку новые, совершенно фантастические методы.
Д.И.: Я помню, что были такие страшные истории про лоботомию и ещё какие-то исследования. Даже при советской власти были какие-то шоки инсулиновые на мозге.
Т.С.: Да, электрошок и сейчас используется, а лоботомию больше не используют, как раньше.
Д.И.: Она, как я понимаю, тоже давала какой-то научный материал.
Т.С.: Думаю, да, поскольку вообще любая клиника даёт научный материал. Началось нечто невероятное, правда, не у нас в стране, а в тех, которые начали использовать методы для изучения живого функционирующего мозга человека. Оказалось, что эти методы чрезвычайно полезны для психологии. Потому что психология опиралась до этого на некоторые экспериментальные факты, в основном на наблюдения. Люди наблюдали за другими людьми и занимались натурфилософским обобщением.
Д.И.: Был у нас такой психолог Павлов.
Т.С.: Павлов никогда не был психологом, он был биологом и исследовал в основном животных.
Д.И.: Он исследовал высшую нервную деятельность животных, но у людей то же самое, как нас учили в одном анекдоте.
Т.С.: А может, и нет. Чтобы быть уверенным, нужны исследования.
Б.Д.: Появление тех методов, о которых вы сказали, важно поставить в контекст обсуждавшихся у нас программе многочисленных попыток понять, как устроено мышление человека, и создать искусственный интеллект.
Д.И.: А психология занимается мышлением человека?
Т.С.: Она занимается не только этим. Психология занимается и темпераментом, и стратегиями сопротивления, например, стрессом, восприятием и пр. Есть восприятие, есть память, есть эмоции. Если вы смотрите на это как биолог, то назовёте это высшей нервной деятельностью, а если как психолог - то назовёте это психикой.
Д.И.: А вы как на это смотрите?
Т.С.: Я думаю, что человек един, и он не знает о том, что на него можно смотреть как на биологическое существо, а можно как на носителя некой интересной субстанции - психики. Думаю, что самая интересная сфера исследования - это когда мы забываем, что мы психологи или биологи. Тогда появляется новая наука - психобиология или нейрокогнитивистика, называйте, как хотите.
Д.И.: Итак, в 1980-х годах появились новые инструменты, которые нам теперь известны из медицины, - томографы, энцефалографы, которые позволяют учёным, не убивая человека и не совершая с ним жутких вещей, исследовать, что происходит у него в мозге.
Б.Д.: "Что происходит" - в каком смысле? Каков набор тех сущностей, которые таким образом наблюдаются?
Т.С.: Это интересный вопрос. Дело в том, что основные методы, которые сейчас применяются, - это функционально-магнитная и резонансная томография, позитронно-эмиссионная томография. Это так называемые "кровоточные методы". Методы, которые основаны на исследовании регионального кровотока мозга. Идея, которая за этим стоит, проста: если какая-то часть мозга работает более интенсивно, то она потребляет больше глюкозы и кислорода, и туда подаётся больше крови. Если вы будете следить за изменениями регионального кровотока, вы будете следить и за тем, какие части больше работают. Я всегда привожу аналогию. Это как если бы вы следили за работой фабрики по подвозу туда стройматериалов, потреблению энергии и т.д. Это очень интересная группа методов. У неё есть две проблемы: первая - это непрямое измерение, что ясно из примера, который я привела. Вторая, ещё более серьёзная, - проблема временной шкалы. Сейчас поясню. Вот вы сейчас на меня смотрите, а как быстро вы опознаёте мой зрительный образ? Ну, или вы смотрите на стул. Как быстро ваш мозг обрабатывает эту информацию?
Б.Д.: Это доля секунды.
Т.С.: Это десятые доли секунды. А временная шкала кровоточных методов - это секунда и минута.
Б.Д.: Потому что это физическое передвижение материальных объектов.
Т.С.: Точно. Мы пытаемся изучать процесс, который занимает десятые доли секунды, по временной шкале, которая оперирует другими размерностями. Вы видите в мозге отголоски прошедшей бури. Когда это произошло? Что именно это обслуживало? Мы не знаем. В этом смысле мне как физиологу были всегда интереснее другие методы - методы прямого измерения. В частности, замечательный метод энцефалограммы, который обладает временным разрешением одна миллисекунда или меньше, т.е. мы измеряем в том же режиме, что работает мозг. Одна проблема есть с энцефалограммами, причем крайне серьёзная: мы никогда не знаем, где это происходит. Мы можем узнать, когда происходит, но не можем узнать, где именно.
Б.Д.: А почему?
Т.С.: Наверное, все знают, как снимают энцефалограмму, поскольку это очень распространённый метод: электроды накладываются на поверхность головы человека, и измеряется электрическое поле, которое порождается током нейронов, которые находятся внутри мозга.
Д.И.: Итак, мы говорим сегодня о психологии, о том, как она выглядит сегодня.
Б.Д.: Но не о психологических спекуляциях, а о науке.
Д.И.: Да. Мы перечислили появившиеся методы исследования.
Т.С.: И перешли к прямым методам измерения активности мозга, которые измеряют активность нейронов, которые, как известно, переговариваются между собой с помощью электрических импульсов.
Б.Д.: Перешли к тому, что трудно понять, где именно переговариваются.
Т.С.: Да, по той причине, что тот потенциал, который вы измеряете на поверхности головы, зависит от силы тока источника внутри мозга и от сопротивления тканей, по которым распространяется электрическое поле. Сопротивление неизвестно. Достаточно школьной математики или физики, чтобы понять, почему мы не знаем где. Мы догадываемся, но догадка - не инструмент науки. Поэтому, прозанимавшись всю жизнь энцефалограммой, я очень хотела получить доступ к другим методам. И такой метод появился в середине 80-х годов - это магнитная энцефалография. С помощью магнитной энцефалографии вы можете измерять магнитное поле, которые создаётся теми же работающими нейронами. Вы мне скажете: "Вы хотите нас обмануть, потому что поле-то не электрическое и не магнитное, а электромагнитное!" Но дело в том, что магнитная составляющая поля распространяется безотносительно к сопротивлению материала. Поэтому точность такого измерения гораздо выше. Поэтому мы, померив во многих точках головы это магнитное поле, можем решить обратную задачу: найти источник.
Б.Д.: Восполнив данные энцефалографии.
Т.С.: И таким образом сильно продвинуться вперёд по отношении к тому, что мы имеем. Иными словами, мы можем сохранить все преимущества энцефалографии и добавить к этому преимущество томографии: мы теперь знаем, когда и где происходит событие. Это фантастика!
Б.Д.: А в чём принципиальные трудности с измерением магнитного поля? У вас есть первый и единственный, как я понимаю, в России аппарат, предназначенный для этого.
Т.С.: Сейчас расскажу, но сначала немного физики. Мы живём в магнитном поле Земли. Магнитное поле Земли - это один гаусс, т.е. 10 в минус пятой степени тесла. А магнитные поля, которые порождает ваш мозг, - это фемтотесла, 10 в минус 15-й степени. Разница в 10 порядков. Какой прибор может уловить слабейшие изменения этого магнитного поля в условиях сильного шумового поля? Проблемы две, и обе были решены, что поразительно. Когда было открыто явление сверхпроводимости (металлы при температуре, близкой к абсолютному нулю, обретают эти свойства и начинают давать электрический ток при слабейших изменениях магнитного поля), на нём была основана система детекции сигнала в магнитном энцефалографе. Детекторы находятся в жидком гелии при температуре, близкой к абсолютному нулю, они встроены в специальный шлем. Вся эта конструкция, этот сканер помещён в специальную камеру, которая экранирует систему съёма от магнитного поля Земли. Дальше происходит детекция сигнала, после чего сложнейшая система обработки данных даёт вам возможность померить сами источники, а не наружное магнитное поле. Это такое фантастическое достижение человеческой мысли, где объединились усилия в первую очередь биологов, а также математиков и физиков - низкий им поклон.
Д.И.: Хорошо. Есть прибор - и что?
Т.С.: Абсолютно правильный вопрос. Есть прибор, который, наконец, позволяет измерить, в какое время и где именно что-то происходит. Но какое это имеет отношение к психологии? У нас в центре сейчас идёт шесть проектов - как научных, так и клинических. Потому что этот аппарат во всем мире очень серьёзно задействован в нейрохирургии. Когда мы ввозили этот аппарат в Россию, моей принципиальной позицией было то, что мы будем использовать его для нейрохирургии. Хотя мы психологи или психобиологи, но мы уже год плотно работаем с нейрохирургами - это первая сторона нашей деятельности. А вторая - это психология. Итак, прагматический интерес любого человека в нашей стране по отношению к этому аппарату лежит в двух сферах. Первая сфера - это то, что он позволяет найти очаг патологической активности в мозге. В основном, это эпилептическая активность. И чтобы хирург потом удалил этот очаг, не внедряясь при этом в мозг человека - это так называемый неинвазивный метод определения очага эпилептической активности.
Д.И.: Но хирург-то потом внедряется?
Т.С.: Да. Это называется дохирургической навигацией хирурга. Хирург много знает, прежде чем начинает работать.
Б.Д.: Цель вхождения - это уже непосредственно само хирургическое воздействие.
Т.С.: Сравнимых по мощи приборов для таких дел просто нет. Даже среди самых современных методов. Он очень хорош, и мы работаем, помогая хирургам определять очаги эпилептической активности до операции. Это была первая сторона. Вторая сторона тоже медицинская: в мозге существуют невосполнимые зоны. Это те зоны, любое прикосновение к которым приводит к невосполнимому нарушению функций: моторные зоны, первичные сенсорные, а у человека это также зоны, от которых зависит речь. Эти зоны должны быть обязательно определены для пациента до начала любой операции. Особенно если место, которое становится предметом операции, находится близко к такой зоне. Нам нужно знать границы и локализацию.
Б.Д.: Куда ни в коем случае нельзя влезать.
Т.С.: Да. Этим мы тоже начали заниматься. Это клинические аспекты, но чрезвычайно важные для любого человека. Теперь о психологии. Это долгий разговор, а начну я его с конкретного примера. Существует такая проблема в психологии - проблема речевых процессов. Это имеет очень тесную связь с важным для каждого человека вопросом: как мы обучаемся языку? Какие существуют различия между людьми в способности к языкам? Как мы учим второй язык? Что с нами происходит, если наша способность обучаться речи нарушается? А это не редкий случай. Существуют дети-дислектики, афазики, которым трудно воспринимать речь. Существуют дети, у которых при совершенно сохранном интеллекте существует специфическое нарушение развития речи. В конце концов, есть дети-аутисты, у которых задержка речевого развития является одним из центральных моментов определения этого заболевания. Нам важно знать, каким образом мозг осуществляет обработку речи и как он научается это делать.
Д.И.: Кстати, в апреле у этого прибора был день рождения, ему исполнился год.
Б.Д.: А сколько их всего в мире?
Т.С.: Думаю, около 200. Но в России МЭГ (прибор для магнитной энцефалографии) - единственный. Очень интересная география распространения этого прибора: Япония ими нафарширована. Очень много аппаратов стоит в США, пара - в Канаде, ну, и есть в Западной Европе. Возвращаясь к речевым функциям. Для того чтобы каким-то образом помочь тем, у кого задержка речевого развития, или нам самим помочь выучить второй или третий язык, надо лучше понимать то, каким образом мозг обрабатывает речь. В этом отношении чрезвычайно интересные данные к нам пришли из лаборатории, которая находится в Кембридже. Руководит этой лабораторией профессор Мюллер, этот круг работ был выполнен им в соавторстве с доктором Штыровым, с которым сейчас у нас налажено сотрудничество. Мы выполняем совместный проект по исследованию речи и развития речи у здоровых детей, у взрослых, а также у детей, больных аутизмом. Понятно, почему это интересно. Они сделали потрясающее открытие: речевой сигнал поступает в мозг, в основном, речевой сигнал - это слухоречевой сигнал, т.е. мы слышим речь. Интересно, что зоны, которые обрабатывают речь, так называемые речевые зоны, находятся в непосредственной близости от слуховых центров мозга, которые обрабатывают любую слуховую информацию. Логично, правда? Сразу из этих слуховых центров в речевые - и всё хорошо. Так вот, они обнаружили, что если в ваш мозг поступает глагол, который обозначает движение, например, "пинай, бросай, глотай"...
Д.И.: В повелительном наклонении?
Т.С.: В русском языке это повелительное наклонение, а они использовали "kick, lick and pick", не подразумевая повелительное наклонение. Т.е. они не имели в виду повелительную коннотацию, потому что если я говорю: "Бросай!" - это касается лично вас. Так вот, они делали это на материале английского языка, и обнаружили, что очень рано (примерно через 100 миллисекунд после подачи в мозг) активируются не только речевые зоны, но и моторные зоны мозга.
Д.И.: И я начинаю пинать, бросать и глотать?
Т.С.: Да. Но это ещё не самое интересное. Оказалось, что когда вы пинаете, активируется зона представительства ноги, когда бросаете - зона представительства руки, а когда глотаете - зона представительства глотки.
Д.И.: Но как могло бы быть иначе?
Т.С.: Очень легко! Вы себе как это представляете? Вам сказали "пинай", вы поняли значение этого слова, и у вас активировалась зона представительства ноги.
Д.И.: Мне же дали команду!
Т.С.: Конечно, но аппарат, который они использовали, выявил, что у вас активируется зона представительства ноги задолго до того, как мозг осознает значение этого слова.
Б.Д.: И тем более, задолго до того, как человек примет осознанное решение.
Д.И.: Т.е. я понял ногой?
Т.С.: Вы понимаете значение слова "пинай" в том числе и ногой. У вас активируется зона представительства ноги не после того, как вы осознаете смысл, а для того, чтобы вы осознали смысл. Это означает очень интересные вещи. Первое: это значит, что если вы учитесь языку в нормальной естественной среде, у вас слово накрепко в ассоциативных сетях мозга связано с непосредственным действием. А если вы обучаете детей по учебнику, как это происходит в нашей благословенной стране, то в этом случае ассоциативная сеть не формируется, она не помогает вам ни припомнить значение слова, ни осознать его. Поэтому это открытие имеет очень далеко идущие последствия: чтобы мы понимали, каким образом мозг обрабатывает речь и как помочь детям, которые плохо усваивают речевые сигналы. Есть ещё один интересный и модный аспект. В 1990-е годы были открыты зеркальные нейроны мозга. Открыты они были, правда, для обезьян. Это нейроны, которые у обезьяны возбуждаются, когда она наблюдает за действиями другой обезьяны. У неё активируются те нейроны, которые должны участвовать в том же самом действии. Будем говорить так: это нейроны сочувствия.
Б.Д.: Обычный человек хорошо знаком с этим явлением: после какого-нибудь концерта, если люди внимательно слушают исполнение песни, они часто обнаруживают, что у них болит горло.
Д.И.: Да, это известно. И всё-таки про будущее: что вы расскажете нам в ближайшие пять лет?
Т.С.: Надеюсь вам рассказать многое, иначе зачем бы я работала.
Д.И.: Есть какие-то представления о том, что будет нового?
Б.Д.: Что вы собираетесь открыть?
Т.С.: Наука не работает по принципу: "Что вы собираетесь открыть?" Она работает по принципу: "Чем я собираюсь заниматься". И я надеюсь, что на этом пути нас ждут неожиданности. Я собираюсь заниматься ранними процессами обработки зрительной и слуховой информации у детей, в частности, страдающих аутизмом. Потому что цикл работ, который был мною сделан ещё до появления МЭГ, обнаружил, что аутизм, который все считали болезнью коммуникации, на самом деле имеет гораздо более глубокие и серьёзные корни. У таких детей сильно нарушаются ранние процессы обработки зрительной и слуховой информации. Это очень интересно, потому что даёт им некоторые преимущества. Правда, приводя и к негативным последствиям. Думаю, что нашей лаборатории стоит ожидать необычных и нетривиальных известий в этом направлений. Я очень надеюсь, что мы продвинемся в своём понимании восприятия речи человеком и обучении речи у детей. Ну, и моя большая мечта, чтобы мы продвинулись в том проекте, который у нас только начинается: каким образом у человека организовано целостное восприятие. Мне очень хочется узнать, как мозг, который любой зрительный образ разбивает на мелкие осколки и в каждом осколке каждая клеточка мозга видит совершенно особую черту и характеристику, производит потом сборку.
Д.И.: Большое спасибо.
Т.С.: Спасибо вам большое за интересную беседу.