Удивительное рядом: Изменчивый мозг
Nov. 5th, 2009 11:40 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
alik_ntuhttp://trvscience.ru/2009/09/15/izmenchivyj-mozg/
Изменчивый мозг
Крайне рекомендую читать статью целиком, но для ленивых и в качестве тезисов, чтобы освежить суть, для уже прочитавших, процитирую некоторые наиболее интересные фрагменты.
В середине 1990-х нейролог Альваро Паскуаль-Леоне провел не совсем обычный эксперимент. Он попросил людей играть на пианино. Группе добровольцев предлагались простые упражнения на музыкальной клавиатуре, которые они должны были выполнять каждый будний день в течение двух часов. Играть полагалось одной рукой.
...
в начале эксперимента у каждого добровольца были определены зоны мозга, куда проецируются сигналы мышц сгибателей и разгибателей среднего пальца кисти.
...
Проверялась моторная область, связанная со средним пальцем, у всех испытуемых каждый день, до и после музицирования. Для целей контроля кортикальные карты строились для пальцев обеих рук. Также снимались аналогичные показания с контрольных групп, которые не выполняли упражнений.
...
бурное расширение кортикальной «пальцевой» зоны наблюдалось лишь в первую неделю. Следующие четыре недели ее размер постепенно сокращался, несмотря на то, что испытуемые продолжали заниматься.
...
Добровольцы другой группы получили схожее задание: играть одной рукой на клавиатуре каждый день по два часа. Однако им не предоставили упражнений, позволив наигрывать что угодно. Несмотря на аналогичную с основной группой нагрузку на пальцы, рост их кортикальных зон оказался гораздо слабее выражен. Из эксперимента следовало, что сама по себе двигательная активность не приводит к существенным сдвигам в возбуждении коры. По-видимому, главной составляющей расширения моторных зон у основной группы служила фокусировка на задаче и сознательный контроль движений.
Паскуаль-Леоне развил эту идею, исключив влияние движений. Он предложил еще одной группе выполнять те же упражнения в том же самом режиме, только мысленно. Во время эксперимента пальцы у испытуемых оставались неподвижными. В результате моторные зоны не только отреагировали на воображаемые движения — их динамика почти полностью повторила рост, отмеченный у основной группы.
...
Мысленная тренировка привела к реальной натренированности — к изменению нейрофизиологических свойств ткани мозга.
...
Теперь уже ясно, что проигрывание ситуаций в уме в самом деле обогащает мозг новым опытом. В определенном смысле на уровне физического субстрата сознание не проводит различий между действительными и моделируемыми движениями, инициируя сходные изменения мозга. Хорошая новость состоит в том, что, используя указанное свойство, можно подготовить себя к предстоящей двигательной активности, развив соответствующие участки неокортекса. Это особенно пригодится спортсменам, военным, спасателям и др. профессионалам. Плохая новость касается каждого: воображая те или иные негативные ситуации, прокручивая их в уме, мозг действительно способен проживать их как настоящие. И это нередко находит отражение в состоянии нервной ткани.
...
В настоящий момент разработано и тестируется устройство, помогающее слепым видеть при помощи языка. Прибор называется BrainPort и состоит из миниатюрной видеокамеры, крепящейся в районе лба, а также процессора, который помещается в руке, и небольшой решетки из электродов, накладывающейся на язык. Видеосигнал поступает от камеры в процессор, который переводит пиксели в электрические импульсы. Далее они направляются на поверхность языка, причем каждый электрод связан с определенным пучком пикселей. Интенсивность света корреспондирует с силой тока и продолжительностью электрических сигналов, которые ощущает язык.
Решетка обеспечивает также пространственную корреляцию: вспышка в центре зрительного поля будет соответственно отображена в виде импульса в середине решетки.
Слепые начинают видеть. Естественно, разрешение их черно-белого поля зрения ограничено числом электродов, которое пока невысоко. Но даже в этом случае им удается видеть не пятна, а предметы. Например, человек способен нажать кнопку лифта, читать буквы и цифры или взять со стола чашку, не расплескав содержимое. Мозг людей, имевших возможность использовать BrainPort, очень быстро освоил новую ситуацию. Вероятно, анализируя поступающие сигналы, мозг распознал в них паттерн, который в базовых чертах характерен для информации, обычно идущей от органов зрения. Совместив эти сигналы со знанием о движениях головы, мозг попытался построить картинку. Когда он убедился в наличии обратной связи, то стал учиться интерпретировать идущие от языка импульсы как визуальную информацию. Грубо говоря, он рекрутировал язык для выполнения функции глаз.
...
Если в режиме реального времени снабжать сознание информацией о текущих физиологических параметрах организма (обычно остающейся для него недоступной), то эти показатели постепенно можно научиться менять и приводить в норму. Как известно, в естественной ситуации множество процессов, идущих в организме, сознание напрямую не контролирует. За деятельностью внутренних органов, желез, кровеносных и лимфатических сосудов, за обменом веществ и постоянством среды следит вегетативная нервная система. Человек не умеет усилием воли изменять свое кровяное давление, температуру конечностей или значение альфа-ритма мозга. Однако он может получать текущую информацию о состоянии систем своего организма посредством специальных визуализаций, например, геометрических фигур или диаграмм на экране компьютера. Для этого к испытуемому подключаются датчики, которые в режиме реального времени снимают показания и передают их в процессор. После необходимых преобразований, очищения и усиления сигналов, данные выводятся на экран. Наблюдая за ними достаточно долгое время, человек оказывается способен сознательно приводить эти данные к нужным значениям. Обычно это выглядит как изменение цвета фигур или высоты столбцов. Может быть также задействован звук. Другими словами, мозг учится входить в состояние, соответствующее «правильным» визуализациям, и оставаться в нем.
...
Не так давно медиков потряс случай американца Терри Уоллиса, который в 1984 г. в 20-летнем возрасте угодил в автокатастрофу, после которой впал в кому. Мозг получил серьезные повреждения, врачи исключили возможность какого-либо улучшения ситуации в будущем. Уоллис 19 лет находился в так называемом «состоянии минимального сознания» (minimally conscious state) и пришел в себя в 2003 г. В течение трех дней к нему вернулась способность разговаривать. Он хорошо помнил свою жизнь до катастрофы и полагал, что находится в середине 80-х. С течением времени большинство когнитивных функций восстановилось, хотя остались проблемы с памятью. Дважды его мозг изучали методом диффузионно-тензорной визуализации, diffusion tensor imaging (DTI). Исследования показали наличие анатомически уникальных, не характерных для обычного мозга структур. Мозг Уоллеса и не был обычным. Столкнувшись с задачей восстановления функций после обширных повреждений, он выработал альтернативную схему соединений, инициировав рост аксонов в сохранившихся отделах. На протяжении многих лет, незаметное со стороны, шло осторожное и кропотливое строительство нового мозга. И все это время поддерживался гомеостаз и жизнеобеспечение организма.
Изменчивый мозг
Крайне рекомендую читать статью целиком, но для ленивых и в качестве тезисов, чтобы освежить суть, для уже прочитавших, процитирую некоторые наиболее интересные фрагменты.
В середине 1990-х нейролог Альваро Паскуаль-Леоне провел не совсем обычный эксперимент. Он попросил людей играть на пианино. Группе добровольцев предлагались простые упражнения на музыкальной клавиатуре, которые они должны были выполнять каждый будний день в течение двух часов. Играть полагалось одной рукой.
...
в начале эксперимента у каждого добровольца были определены зоны мозга, куда проецируются сигналы мышц сгибателей и разгибателей среднего пальца кисти.
...
Проверялась моторная область, связанная со средним пальцем, у всех испытуемых каждый день, до и после музицирования. Для целей контроля кортикальные карты строились для пальцев обеих рук. Также снимались аналогичные показания с контрольных групп, которые не выполняли упражнений.
...
бурное расширение кортикальной «пальцевой» зоны наблюдалось лишь в первую неделю. Следующие четыре недели ее размер постепенно сокращался, несмотря на то, что испытуемые продолжали заниматься.
...
Добровольцы другой группы получили схожее задание: играть одной рукой на клавиатуре каждый день по два часа. Однако им не предоставили упражнений, позволив наигрывать что угодно. Несмотря на аналогичную с основной группой нагрузку на пальцы, рост их кортикальных зон оказался гораздо слабее выражен. Из эксперимента следовало, что сама по себе двигательная активность не приводит к существенным сдвигам в возбуждении коры. По-видимому, главной составляющей расширения моторных зон у основной группы служила фокусировка на задаче и сознательный контроль движений.
Паскуаль-Леоне развил эту идею, исключив влияние движений. Он предложил еще одной группе выполнять те же упражнения в том же самом режиме, только мысленно. Во время эксперимента пальцы у испытуемых оставались неподвижными. В результате моторные зоны не только отреагировали на воображаемые движения — их динамика почти полностью повторила рост, отмеченный у основной группы.
...
Мысленная тренировка привела к реальной натренированности — к изменению нейрофизиологических свойств ткани мозга.
...
Теперь уже ясно, что проигрывание ситуаций в уме в самом деле обогащает мозг новым опытом. В определенном смысле на уровне физического субстрата сознание не проводит различий между действительными и моделируемыми движениями, инициируя сходные изменения мозга. Хорошая новость состоит в том, что, используя указанное свойство, можно подготовить себя к предстоящей двигательной активности, развив соответствующие участки неокортекса. Это особенно пригодится спортсменам, военным, спасателям и др. профессионалам. Плохая новость касается каждого: воображая те или иные негативные ситуации, прокручивая их в уме, мозг действительно способен проживать их как настоящие. И это нередко находит отражение в состоянии нервной ткани.
...
В настоящий момент разработано и тестируется устройство, помогающее слепым видеть при помощи языка. Прибор называется BrainPort и состоит из миниатюрной видеокамеры, крепящейся в районе лба, а также процессора, который помещается в руке, и небольшой решетки из электродов, накладывающейся на язык. Видеосигнал поступает от камеры в процессор, который переводит пиксели в электрические импульсы. Далее они направляются на поверхность языка, причем каждый электрод связан с определенным пучком пикселей. Интенсивность света корреспондирует с силой тока и продолжительностью электрических сигналов, которые ощущает язык.
Решетка обеспечивает также пространственную корреляцию: вспышка в центре зрительного поля будет соответственно отображена в виде импульса в середине решетки.
Слепые начинают видеть. Естественно, разрешение их черно-белого поля зрения ограничено числом электродов, которое пока невысоко. Но даже в этом случае им удается видеть не пятна, а предметы. Например, человек способен нажать кнопку лифта, читать буквы и цифры или взять со стола чашку, не расплескав содержимое. Мозг людей, имевших возможность использовать BrainPort, очень быстро освоил новую ситуацию. Вероятно, анализируя поступающие сигналы, мозг распознал в них паттерн, который в базовых чертах характерен для информации, обычно идущей от органов зрения. Совместив эти сигналы со знанием о движениях головы, мозг попытался построить картинку. Когда он убедился в наличии обратной связи, то стал учиться интерпретировать идущие от языка импульсы как визуальную информацию. Грубо говоря, он рекрутировал язык для выполнения функции глаз.
...
Если в режиме реального времени снабжать сознание информацией о текущих физиологических параметрах организма (обычно остающейся для него недоступной), то эти показатели постепенно можно научиться менять и приводить в норму. Как известно, в естественной ситуации множество процессов, идущих в организме, сознание напрямую не контролирует. За деятельностью внутренних органов, желез, кровеносных и лимфатических сосудов, за обменом веществ и постоянством среды следит вегетативная нервная система. Человек не умеет усилием воли изменять свое кровяное давление, температуру конечностей или значение альфа-ритма мозга. Однако он может получать текущую информацию о состоянии систем своего организма посредством специальных визуализаций, например, геометрических фигур или диаграмм на экране компьютера. Для этого к испытуемому подключаются датчики, которые в режиме реального времени снимают показания и передают их в процессор. После необходимых преобразований, очищения и усиления сигналов, данные выводятся на экран. Наблюдая за ними достаточно долгое время, человек оказывается способен сознательно приводить эти данные к нужным значениям. Обычно это выглядит как изменение цвета фигур или высоты столбцов. Может быть также задействован звук. Другими словами, мозг учится входить в состояние, соответствующее «правильным» визуализациям, и оставаться в нем.
...
Не так давно медиков потряс случай американца Терри Уоллиса, который в 1984 г. в 20-летнем возрасте угодил в автокатастрофу, после которой впал в кому. Мозг получил серьезные повреждения, врачи исключили возможность какого-либо улучшения ситуации в будущем. Уоллис 19 лет находился в так называемом «состоянии минимального сознания» (minimally conscious state) и пришел в себя в 2003 г. В течение трех дней к нему вернулась способность разговаривать. Он хорошо помнил свою жизнь до катастрофы и полагал, что находится в середине 80-х. С течением времени большинство когнитивных функций восстановилось, хотя остались проблемы с памятью. Дважды его мозг изучали методом диффузионно-тензорной визуализации, diffusion tensor imaging (DTI). Исследования показали наличие анатомически уникальных, не характерных для обычного мозга структур. Мозг Уоллеса и не был обычным. Столкнувшись с задачей восстановления функций после обширных повреждений, он выработал альтернативную схему соединений, инициировав рост аксонов в сохранившихся отделах. На протяжении многих лет, незаметное со стороны, шло осторожное и кропотливое строительство нового мозга. И все это время поддерживался гомеостаз и жизнеобеспечение организма.
