Методы исследования функциональной асимметрии мозга

В середине XX столетия были предложены методы, позволившие пролить свет на вклад каждого полушария мозга в те или иные психофизиологичес­кие процессы.

Значительную роль в исследовании механизмов мозга сыграла комиссу-ротомия — операция, представляющая собой хирургическое рассечение ко-миссур (нервных волокон, связывающих между собой полушария мозга). Наиболее мощной комиссурой у человека является мозолистое тело. Оно со­зревает постепенно к 5—10 годам. Созревание сопровождается гибелью ней­ронов, которые не смогли образовать связи с нейронами, несущими ту же функцию на противоположной стороне мозга. Кроме мозолистого тела име­ются и другие комиссуры, в том числе передняя и гиппокампальная (рис. 4.4; 4.5).

Перерезку комиссур делают обычно в случаях, когда эпилептический очаг
в одном полушарии генерирует судорожную активность, охватывающую
весь мозг, и нет иных способов избавиться от заболевания. Впервые пере­
резку мозолистого тела осуществил хирург У. ван Вегенен, а психологичес­
кое исследование больных провел А.Дж. Акелаитис (1941). Однако подоб­
ные операции не привели к улучшению состояния испытуемых, на которое
так надеялись исследователи, поэтому ее перестали выполнять на людях,
продолжая делать на животных., _r(i

 

Отсутствие результата можно объяс­нить тем, что полушария после опера­ции сохраняли связь через переднюю комиссуру. Позднее удалось устано­вить, что при полной перерезке пере­дней комиссуры и мозолистого тела у животных полностью прекращается передача информации между полуша­риями (Myers, Sperry, 1958).

Рис 4.7. Зрительно-тактильная ассоциация осуществляется больным с расщепленным мозгом. Изображение ложки на экране вспы­хивает для правого полушария левой рукой больной находит ложку среди других предме­тов за экраном. Тактильная информация от левой руки проецируется, главным образом, в правое полушарие, но слабый “ипсилате-ральный” компонент поступает и в левое по­лушарие. Этого обычно недостаточно для того, чтобы больной мог назвать (используя левое полушарие) предмет, который он взял (Газанига, 1974).

Хирурги Филипп Фогель и Джо­зеф Боген решили повторить этот эк­сперимент на людях. Новые опера­ции показали, что при резком улуч­шении состояния больных внешне не отмечалось ухудшения их интеллек­туальных функций. Однако вскоре были обнаружены специфические от­клонения в их поведении.

В экспериментальных ситуациях больные, которым по медицинским показаниям была сделана комиссу-

ротомия, легко называли с завязан­ными глазами предмет, который они ощупывали правой рукой. Если пред­мет перекладывали в левую руку, то они не могли назвать его, однако нахо­дили среди других предметов на ощупь (рис. 4.7). Таким образом, у этих больных отмечается разобщенность мозга на уровне восприятия и его един­ство на уровне целостного поведения (Sergent, 1987). Подобная интеграция осуществлялась на уровне подкорковых структур мозга.

Особенность этого взаимодействия можно продемонстрировать на таком примере. Зажигали лампочки зеленого и красного цвета. Больного с расщеп­ленным мозгом просили называть цвет включенной лампочки. Он всегда корректно отвечал при предъявлении стимула (лампы) в левое полушарие. При предъявлении лампочки в правое полушарие он вначале часто ошибал­ся, но со временем стал отвечать достаточно точно. Эта точность достига­лась следующей тактикой. После правильного опознания цвета он не менял своего решения. Если же отвечал неверно, то затем морщил лоб, качал го­ловой и давал другой, правильный ответ. Таким образом, его правое полу­шарие видело цвет, но не могло передать левому эту информацию. В то же время после неверного ответа оно невербально (с помощью покачивания головой и т.д.) осведомляло левое полушарие об ошибке. Левое полушарие при этом меняло свой ответ (Газанига, 1974).

Много существенных данных получено с появлением новой техники, прежде всего - тахистоскопа. Этот прибор позволяет предъявлять то или иное изображение на очень короткое время (100-120 мс). Потребность в нем обусловлена тем, что каждые 200 мс у человека возникает резкое движение глаз (саккада), смещающее изображение предмета на сетчатке. Это эволю-

ционное приобретение позволяет видеть неподвижное изображение, по­скольку при попадании одинаковой информации в одну и ту же область сет­чатки рецепторы перестают на нее реагировать, что ведет к прекращению передачи возбуждения в центральную нервную систему.

Без саккадических движений глаз человек перестал бы видеть неподвиж­ные предметы, как это наблюдается, например, у лягушки, которая может умереть от голода рядом с неподвижным куском мяса. Благодаря саккадам изображение постоянно смещается на сетчатке, возбуждая разные рецепто­ры, что позволяет непрерывно видеть неподвижные предметы. Тахистоскоп позволяет предъявлять информацию на отрезок времени, меньший чем 200 мс, в течение которого изображение не успевает сместиться, и, следователь­но, при латеральной стимуляции и при фиксации взгляда в одной точке оно попадает только в одно полушарие. Благодаря этому исследования по асим­метрии можно проводить не только на больных, но и на здоровых людях.

В норме информация от каждого глаза попадает и в правое, и в левое по­лушарие. Как отмечалось выше, стимулы, поступающие на назальную (бли­же к носу) часть глаз, возбуждают рецепторы, нервные пути которых направ­ляются через зрительный перекрест в контралатеральное полушарие. Изоб­ражение, попадающее на височную поверхность глаз, по нервным путям на­правляется в ипсилатеральное полушарие. В процессе комиссуротомии зри­тельный перекрест предпочитают не перерезать, поскольку это ухудшает пе­риферическое зрение.

Для обеспечения попадания информации только в одно полушарие один глаз испытуемому закрывают, взгляд фиксируют в центральной точке, а за­тем слева и справа от нее предъявляют с помощью тахистоскопа изображе­ния. В этом случае стимулы, появляющиеся справа отточки фиксации (по­падающие в левую половину сетчатки), регистрируются левой половиной мозга, а появляющиеся слева (фиксируемые правой половиной сетчатки) — в правой половине.

При предъявлении зрительного изображения в левое полушарие больные всегда точно называют его. Если же стимул направляется в правое полуша­рие (слева от точки фиксации), то они утверждают, что видели лишь вспыш­ку света. Однако если попросить их просунуть руку за перегородку, где среди других лежит и предмет, изображение которого они видели с помощью та­хистоскопа, и предложить им выбрать то, что они видели, испытуемые лег­ко найдут его, но не смогут точно ответить, как он называется.

В одном из таких экспериментов больной было предъявлено в правое по­лушарие изображение обнаженной женщины. Испытуемая покраснела и засмеялась, но не смогла объяснить, почему она так поступила и что виде­ла. Подобная реакция удивила даже ее саму. Отсутствие явного взаимодей­ствия между полушариями можно продемонстрировать еще одним приме­ром. Испытуемой предварительно показали четыре фотографии и дали имя каждому персонажу на них. Затем ей предъявили химерное изображение че­ловека, составленное из половин лиц двух разных персонажей (например, взрослого и ребенка). Больная при каждом предъявлении утверждала, что видела того, чья половина лица находилась в правом поле зрения (т. е. по-

падала в левое полушарие). Если же ее просили не отвечать словами, а по­казывать фотографию, которая соответствует изображению, то испытуемая выбирала того, чье лицо было предъявлено в левое поле зрения (правое по­лушарие) (Sperry, 1974). Таким образом, больная после комиссуротомии не замечала химерности изображения, полагая, что видит нормальное лицо.

Эти данные свидетельствуют о способности каждого полушария достра­ивать недостающую информацию до целого изображения и сообщать об этом посредством имеющихся у него возможностей (вербально или невер­бально).

Другая исследовательская процедура, проба Вада (Wada, Rasmussen, 1960), позволяет нейрохирургам в процессе операции на мозге определить полу­шарие, контролирующее речь. С этой целью в одну из сонных артерий че­рез трубку вводится амитал-натрий (снотворное из группы барбитуратов), вследствие чего одно из полушарий засыпает, и исследователь может фик­сировать состояние и функции другого.

Больному, которому предстоит операция на мозге, предлагают считать от ста назад тройками (например, 100, 97 и т.д.) и держать обе руки вытянуты­ми вверх. Затем вводят амитал-натрий в одну из артерий и наблюдают за по­ведением человека. Рука больного, противоположная стороне инъекции, в момент действия снотворного падает. Если полушарие, в которое попадает амитал-натрий, доминирует по речи, то больной перестает считать. Оказа­лось, согласно этой пробе, что более 95 % праворуких людей имеют центр речи в правом полушарии и менее 5 % — одновременно в двух полушариях. У 70 % леворуких людей центр речи также представлен в левом полушарии, у 15 % — в правом и у оставшихся 15 % — в обоих полушариях (Woods e. а., 1988). Таким образом, правило Брока в основном верно для праворуких и не выполняется для леворуких людей. Возможность правополушарного кон­троля речи часто объясняется ранними травмами (до года), после которых правое полушарие может брать на себя утраченные функции левого полу­шария (Rusmussen, Milner, 1977). Именно поэтому у больных эпилепсией об­наруживается либо левосторонняя, либо двусторонняя локализация центра речи (Loring e. а., 1990). Однако только правостороннее расположение цен­тра речи встречается как исключение и предопределяется наследственнос­тью и полом (чаще отмечается у женщин) (Tan, 1991).

Канадский исследователь из Монреаля Уайдлер Пенфилд предложил ме­тод раздражения открытого мозга слабым электрическим током в процессе хи­рургического вмешательства по поводу эпилепсии. В таких операциях удаля­ется участок мозга, провоцирующий возникновение генерализованной судо­рожной активности. Поскольку удаление нервной ткани, контролирующей речь, на левой половине мозга было чревато заменой одного заболевания на другое (эпилепсии на афазию), метод картирования позволял определять гра­ницы центра речи и препятствовал ошибочным действиям хирурга.

Мозг не имеет болевых рецепторов, поэтому в таких операциях исполь­зуется лишь местная анестезия для снятия болезненных ощущений в про­цессе трепанации черепа (вскрытия черепной коробки и мозговых оболо­чек). Испытуемый все это время находится в сознании. Раздражение слабым

L

электрическим током сенсорных участков мозга ведет к возникновению простых ощущений (запахов, видений, звуков и т. д.). Помещение электро­дов в моторные области вызывает двигательные реакции рук или ног. При наложении электродов на область, ответственную за речь, испытуемый за­молкает и не может говорить. Такое явление называется афазической оста­новкой. Эти эксперименты позволили исследователям глубже понять роль каждого полушария мозга в деятельности человека. В 80-х годах XX века Дж.А. Оджеман (Ojemann, 1991) исследовал таким методом локализацию ре­чевой функции (см. гл. 16).