Число «научных преступлений» за последние годы резко возросло, утверждает Международный комитет по издательской этике. Наиболее частые из них — кража приоритетов и плагиат. История с «детектором ошибок», который был открыт российскими учеными, как нельзя лучше подтверждает эту тенденцию.
Главный контролер мозга
За последние два-три года в мировой научной прессе идет буквально вал статей, посвященных исследованию так называемого «детектора ошибок» — одного из основных механизмов человеческого мозга. Говоря упрощенно, это некий невидимый «цензор», который следит, насколько правильны наши действия. Большинство людей о нем и не подозревают, не замечают, как он работает: нельзя же постоянно фиксировать каждый вдох и выдох, каждое движение тела.
Пока все идет по плану, мы ни о чем не задумываемся. Например, находясь в машине, не слышим шума нормально работающего двигателя. Но стоит появиться неисправности, и шум уже слышен, поскольку отличается от привычного.
«Детектор ошибок» постоянно сравнивает то, что происходит в данный момент, с заложенным в памяти «правильным» стереотипом, и если что-то не так, подает «тревожный» сигнал. Вот классический пример его работы: человек выходит из дома, и вдруг у него появляется ощущение, будто он что-то забыл взять или сделать. Что конкретно, не помнит, но в голове словно «загорается» сигнал: «Стоп!». Возвращаясь назад, он обнаруживает, что оставил, например, включенным свет или того хуже — утюг.
Повседневная жизнь человека в принципе невозможна без этого контрольного механизма мозга, а нарушение его работы может стать причиной серьезных заболеваний и психических расстройств.
Кто был первым
Впервые предположение о том, что в мозге человека существует регистратор ошибок, высказал британский психолог Раббитт в статье, опубликованной в 1966 году в журнале Nature. В основе его версии были результаты психологических тестов, а не инструментальные исследования мозга, позволяющие непосредственно зафиксировать явление.
Это было сделано примерно в то же время в Ленинграде, в Институте экспериментальной медицины. Руководитель лаборатории Наталья Бехтерева вместе с Валентином Гречиным (ныне покойным) лечили больных паркинсонизмом при помощи вживленных в мозг электродов. Обычно во время таких сеансов пациентам предлагали выполнить различные задания и проверяли, как на это будет реагировать тот или иной участок мозга. Вскоре ученые заметили удивительную закономерность: при любой ошибке пациентов в определенных точках мозга возникала одна и та же реакция.
Оказалось, что в нашем мозге существуют популяции клеток, которые реагируют именно на ошибки. Причем они расположены в разных зонах — и в подкорке, и в коре мозга.
— Мы почувствовали, что наткнулись на интересный феномен, который может оказаться базисным механизмом, сравнимым с условными рефлексами, — рассказывает академик Бехтерева. — Но в то же время мы боялись себе в этом признаться, не верили, что такое могло с нами произойти — слишком уж хорошо, красиво! Сразу же назвали этот феномен «детектором ошибок», но в первой статье не осмелились это сделать.
О своем открытии Бехтерева и Гречин впервые сообщили в статье, опубликованной в 1968 году в cборнике Annual Review на английском языке. Сам термин «детектор ошибок» появился в печати чуть позже, в 1971 году, в книге Натальи Бехтеревой «Нейрофизиологические аспекты психической деятельности человека». Там дается четкая оценка открытого явления: «…Наибольший интерес представляют «точки», обнаруживающие воспроизводимые изменения при ошибочном выполнении пробы… Эти точки представляют собой что-то вроде «детектора ошибок», анализатора правильности действий…». В 1978 году английская версия книги публикуется влиятельным международным издательством Oxford University Press, и таким образом сообщение об открытии российскими учеными «детектора ошибок» снова становится доступным на Западе. Позже появляется еще ряд публикаций Бехтеревой с соавторами в зарубежных журналах, в том числе подробная работа, посвященная «детектору», в International Journal of Psychophysiology (1987). В 1986 году, выступая с докладом о «детекторе ошибок» на конференции международного общества психофизиологии в Вене, она называет его одним из «основных механизмов надежности работы».
«Русской науки не существует»
В то время зарубежные коллеги (да и отечественные тоже) отнеслись к сообщениям ленинградских ученых довольно сдержанно. Зато теперь западные авторы не скупятся на оценки: «Детекция ошибок является одной из высших функций самоконтроля, присущих человеку» (K.Rubia, Academic Press, 2003) или — «Важность этого феномена … повысила интерес к этой проблеме. Все больше ученых пытаются найти его анатомическую базу» (H.Garavan, Neuroimage, 2003). Однако повода для нашего торжества здесь нет, ведь авторы статей не ссылаются на результаты российских ученых.
Например, группа исследователей Йельского и Стэнфордского университетов сообщает в предисловии к статье, опубликованной в прошлом году в журнале Biological Psychology, что «детектор ошибок» был открыт «около 10 лет назад двумя лабораториями», и называет два имени — W.Gehring (1993) и M.Falkenstein(1991). Практически во всех работах последних лет самые ранние ссылки идут именно на них, правда, некоторые авторы упоминают еще и Раббитта. А изобретение самого термина вообще приписывается разным людям. На работу Бехтеревой с соавторами, причем на одну из самых поздних, ссылаются лишь однажды.
Можно предположить, что никто из ученых, занимающихся этой проблемой последние 10-15 лет и особенно последние 2-3 года, просто ничего не знал о ленинградских работах 70-80-х годов, даже несмотря на то, что они опубликованы на Западе. И не обязаны были знать, примерно так ответил на письмо академика Бехтеревой один из издателей. Но вот строки из другого письма, присланного исследователем из Университета штата Орегон Доном Такером: «Дорогая д-р Бехтерева! Благодарю вас за присланный вами список опубликованных работ вашей лаборатории. Сожалею, что мы не процитировали их в нашей статье. Я знал о ваших исследованиях, однако не успел «поймать» сотрудника, готовившего материал к публикации. В следующий раз мы непременно будем стараться включать в наш материал упоминания о ваших работах».
Великая сила ссылки
Итак, одни действительно ничего не знали, другие знали, но сочли возможным не ссылаться на работы российских ученых, а некоторые даже запрашивали у Бехтеревой оттиски ее прежних публикаций. И здесь возникает законный вопрос: возможно ли вообще защитить свой приоритет? Существует ли какая-то высшая инстанция, в которую можно обратиться в спорных случаях, скажем, аналог суда? Да, комитет по издательской этике рассматривает подобные ситуации, но его возможности ограничены. В прошлом году он разобрался всего в 29 запросах, а таких случаев десятки тысяч.
В этом смысле в науке сегодня царит полнейший произвол. Издатель журнала Psychological Science прямо пишет об этом Наталье Бехтеревой: «Я не могу выяснять, знали ли авторы статей, публикуемых в нашем журнале, о существовании какой-либо работы, и если — да, то почему они решили на нее не ссылаться». Действительно, любой исследователь вправе цитировать, кого хочет. Однако западные ученые, и прежде всего американские, защищены в большей степени, поскольку являются частью сообщества, которое диктует правила в мировой науке. Довольно узкий круг людей «монополизирует» какую-то тему: они тесно связаны друг с другом, цитируют друг друга, дают положительные рецензии на статьи друг друга, отзывы по грантам и очень неохотно впускают в это сообщество посторонних.
В такой ситуации российские ученые (да и в какой-то степени европейские тоже — мне довелось обсуждать эту проблему с финскими и шведскими физиологами) оказываются практически бесправными. Причем это не зависит от области исследований. Вот что, например, рассказал известный молекулярный биолог академик Александр Спирин: «Мой коллега Анатолий Гудков сделал крупное открытие и напечатал статью в хорошем зарубежном журнале. Через два года ученые из Калифорнии опубликовали такую же работу, с той же постановкой эксперимента, такими же выводами, не сославшись на предшественников. После этого 90 процентов ссылок в научной литературе были уже на американцев».
Идти дальше
Причина такой несправедливости не только в незащищенности наших ученых. Дело и в особенностях отечественной науки, которой нередко бывает тесно в рамках современной грантовой системы и индекса цитирования. Лучшие российские ученые занимаются действительно прорывными идеями, создавая «рабочие места» для других, а сами не боятся менять направление исследований, если оно переходит, как заметил Александр Спирин, в «период скуки», и начинать что-то новое.
Возможно, если бы Бехтерева посвятила свою жизнь изучению одного лишь «детектора ошибок», то опубликовала бы на эту тему в десять раз больше работ и победила бы «количеством». Впрочем, скорее всего при таком подходе ей вряд ли удалось бы открыть сам феномен.
— Несколько позднее нас, в 1979 году, прекрасный финский ученый Ристо Наатаненн обнаружил одно из проявлений «детектора ошибок», которое известно теперь под термином «негативность рассогласования», — рассказывает Наталья Петровна. — С того момента разработка этой темы стала основной задачей его лаборатории, и Ристо сильно преуспел. Мы же интересовались работой всего мозга, и «детектор ошибок» стал одной из многих находок на этом пути.
Впрочем, теперь, спустя почти 40 лет после открытия, этот феномен снова стал объектом научного интереса Натальи Бехтеревой, но уже на совершенно новом витке. Она хочет понять, какую роль он играет в процессе творчества: помогает ли, «защищая от тривиальностей», от «изобретения велосипеда», или, наоборот, мешает, «ограничивая полет оригинальной мысли». Интересно, сколько десятков лабораторий станут заниматься этим через сорок лет?
Как Лейбниц с Ньютоном боролся
Андрей Юревич, доктор психологических наук, директор Центра науковедения Института истории естествознания и техники РАН:
В научном бизнесе давно бытует поговорка: «родить» идею намного проще, чем ее продать. Генерируют новинки наши ученые прекрасно, торгуют из рук вон плохо. Похожая ситуация и с научными приоритетами. Мало опубликовать в зарубежном издательстве или престижном журнале книгу или статью — их появляется огромное множество, надо, чтобы их заметили. И
здесь действуют свои законы. Скажем, чтобы привлечь внимание к написанной книге, надо организовать хотя бы пару рецензий.
Но многие российские ученые уверены: раз их статьи опубликованы в престижных зарубежных журналах, то это гарантирует им известность, а главное, высокий индекс цитируемости. Увы, это иллюзия. Довольно часто число ссылок на ту или иную статью не зависит от ее научного «веса». И, наоборот, могут обильно цитироваться авторы, чей вклад в науку не самый выдающийся.
Парадокс? Но только для непосвященных. Те, кто варится в научном мире, хорошо знакомы со «школьным эффектом». Суть в том, что любой автор ссылается преимущественно на «своих» — представителей той научной школы, к которой сам принадлежит. И на тех, к кому лично он хорошо относится. А вот «чужаков», состоящих в других школах, а также тех, кого автор недолюбливает, он цитирует намного реже. Да и то, как правило, если хочет опровергнуть их позицию или представить полными профанами.
Исключение, конечно, составляют живые «классики», их уж никак не проигнорируешь. Однако выдающихся ученых в любой науке немного. Вывод? Чтобы попасть в круг цитируемых на Западе, нашему ученому лучше всего получить Нобелевскую премию. Либо стать там «своим», что крайне трудно, живя в России.
Эту последнюю истину в последние годы у нас многие ученые осознали. Большую часть времени они проводят за границей, где завязывают массу контактов, публикуются в зарубежных журналах, следят, чтобы их цитировали и никто не покусился на их идею. В научном фольклоре эту категорию научных работников называют «космополитами» в отличие от «местников», привязанных к родным пенатам.
«Местники» всего этого лишены. Тем более им не с руки бомбардировать жалобами различные международные организации, призванные защищать авторские и прочие права ученых, затевать длительные судебные тяжбы по поводу приоритета. Которыми, кстати, история науки переполнена со времен нескончаемых судебных разбирательств между Ньютоном и Лейбницем.
Лучше взглянуть на нынешнюю ситуацию без эмоций. Надо признать, что за рубежом мало кто строит против нас козни, стремится проигнорировать, отнять приоритет. Главная причина наших проблем в другом. Как это ни парадоксально, мы только начинаем входить в мировую науку. Эта интеграция фактически началась после падения «железного занавеса», и должно пройти немало времени, чтобы любой наш ученый, а не только эмигранты, «космополиты» и нобелевские лауреаты стали полноценными членами мирового научного сообщества, чтобы их знали и цитировали наравне с зарубежными коллегами. А пока мы в общем-то играем в лотерею: заметят или не заметят, соизволят или не соизволят процитировать.
Борьба за приоритет — одна из захватывающих страниц мировой науки. Даже выдающиеся ученые, занявшие твердое место в пантеоне науки, страстно сражались за публичное признание своих идей. Достаточно назвать имена Ньютона, Декарта, Лейбница, Паскаля, Гюйгенса, Листера, Фарадея, Лапласа, Гоббса, Кавендиша, Уатта, Лавуазье, Бернулли, Нобеля и многих-многих других. Конечно, были и исключения. Например, Ч. Дарвин к приоритету относился совершенно безразлично.
А вот Галилей использовал для зашифровки своих мыслей разработанные им анаграммы, Леонардо да Винчи — специальный код.
Елена Кокурина, корреспондент Newsweek — специально для «РГ»
Святослав Всеволодович Медведев
«Химия и жизнь» №6, 2010
Два года назад не стало всемирно известного ученого и удивительного человека — Натальи Петровны Бехтеревой. В годовщину этого печального события мы предлагаем нашим читателям фрагменты из книги воспоминаний о ней, вышедшей осенью 2009 года в издательстве «Сова» в Санкт-Петербурге («Наталья Бехтерева. Какой мы ее знали». Под ред. С. В. Медведева). Эта глава написана ее сыном, членом-корреспондентом РАН и директором санкт-петербургского Института мозга человека им. Н. П. Бехтеревой — Святославом Всеволодовичем Медведевым.
В начале 60-х годов ХХ века в жизни Натальи Петровны происходят два, казалось бы, не связанных события: трехмесячная стажировка в Великобритании и вызов к секретарю ЦК КПСС.
В Англии летом 1960 года НП (как ее называли друзья и ближайшие сотрудники) завязывает ряд очень важных знакомств с известными учеными. Но встреча в Бристоле с Греем Уолтером — пожалуй, крупнейшим исследователем человеческого мозга прошлого столетия — кардинально изменила ее жизнь. НП не раз говорила, что Грей один из очень немногих, кто действительно понимал мозг. Вероятно, также, как ее дед — Владимир Михайлович Бехтерев (академик В. М. Бехтерев 1857–1927 — выдающийся психиатр, невропатолог, физиолог, психолог, основоположник рефлексологии и патопсихологического направления в России. Основал в Санкт-Петербурге психоневрологический институт. — Примеч. ред.). Может быть, после общения с Греем НП решила исследовать не ЭЭГ, а сам мозг как наисложнейший объект во Вселенной.
Вообще НП вернулась из Англии совсем другим человеком. Изменился не только внешний вид (она радикально поменяла прическу). Самое главное, что уезжала она с одним темпераментом, а вернулась с другим. Это все равно что сравнить гоночный автомобиль с «Волгой».
Великая материальная сила
НП начала поход за вживленные электроды. Вообще, походы были в ее стиле и ее страстью. Большинство заканчивались победой. У нас была шутка: «Идея, овладевшая НП, становится материальной силой».
Вживленные электроды… Даже сейчас, говоря о них, многие испытывают трепет. Хотя имплантация электродов и стимуляция подкорковых ядер при паркинсонизме — сейчас рутинная операция. А тогда об этом даже говорить было страшно. К тому же первыми этот метод разработали и применили фашисты в концлагерях. Я помню высказывания в то время об «этих канадцах» (имелись в виду величайшие ученые Джаспер и Пенфилд), которые забивают в голову живому человеку золотой гвоздь и проводят свои человеконенавистнические эксперименты. Наш парторг такого не допустит.
Но НП все преодолела. Как? Не знаю, по малолетству. Минздрав СССР дал разрешение, и в 1962 году в Ленинградском нейрохирургическом институте имени А. Л. Поленова (ЛНХИ) провели первую операцию по имплантации электродов больной, страдающей болезнью Паркинсона. И это было не слепое копирование гениального Уолтера. У него электроды вводили не прицельно, веером и потом уже проверяли, куда попали. НП предложила вводить их стереотаксическим методом и, что очень важно, — сказала, куда надо вводить. Именно на этом и была позднее построена ее сотрудником и одним из моих учителей В. М. Смирновым наука — «стереотаксическая неврология».
Вообще, в этот момент НП поняла, что должна существенно расширить свои познания. Для ее новых устремлений уже не хватало только медицинских знаний. Она устраивает частные уроки для себя и своей ближайшей сотрудницы Натальи Ивановны Моисеевой. Проходит университетский курс матанализа, много пытается узнать от физиков. Кстати, именно НП начала массово принимать на работу в медицинские подразделения физиков и математиков.
Первую операцию начали утром, а закончили после полуночи. Столь долгое время объяснялось тем, что необходимо было провести расчеты для стереотаксического введения, а в распоряжении медиков тогда были только арифмометр и логарифмическая линейка. Оперировала блестящий нейрохирург Антонина Николаевна Орлова. Цена ошибки была и жизнь пациентки, и «жизнь» врачей, их дальнейшая работа. Но больная почувствовала себя лучше уже на операционном столе. Для первой операции НП выбрала тяжелейшую больную, которой не помогало никакое лечение. Она была прикованным к постели инвалидом, учительницей математики, которая даже не могла отличить круг от треугольника. И вот через несколько недель по коридору ЛНХИ неслась с огромным тюком в руках (помогала медсестре) молодая привлекательная женщина. Конечно, полностью паркинсонизм не ушел, это системное заболевание. Через двадцать лет женщина опять поступила в клинику, но двадцать лет нормальной жизни дорогого стоят.
Эти работы, по сути, стали настоящим прорывом в исследовании мозга. Впервые врач мог очень щадяще и вместе с тем эффективно вмешиваться в работу сложнейших мозговых систем. Но еще более важно то, что исследователь получал не традиционную электроэнцефалограмму с поверхности головы, а разнообразные сигналы «изнутри» мозга, вплоть до импульсов отдельных нейронов из коры и подкорковых ядер.
Говорят, что сегодня электростимуляцией мозга не занимается только ленивый. Более того, серийно производятся имплантируемые стимуляторы. Словом, рутина. А в то время НП столкнулась с неприятием, которое иногда доходило до яростного сопротивления. Вообще подобное не раз случалось на протяжении всей ее жизни. Прорыв, успех, резкая критика, потом — множество людей, которые «всегда это знали», а через несколько лет — рутинный метод исследования или лечения. Иногда даже прямое заимствование результатов.
Через несколько лет, уже в больнице на улице Гастелло, случилась трагедия — пациентка с электродами повесилась. К сожалению, такое редко, но бывает. При паркинсонизме тяжелая депрессия более чем оправданна. В то время операция уже стала почти рутинной. Тем не менее поступила анонимка, и пришла строжайшая комиссия. НП с сотрудниками — а это была действительно команда — выстояли. Они доказали свою невиновность. Но чего это стоило! А если бы нечто похожее произошло с первой больной?
В 1962 году НП вызвали в ЦК КПСС. Принимал ее Александр Николаевич Шелепин — член Президиума и секретарь ЦК, один из самых влиятельных людей в то время. Разговаривали несколько часов очень неформально: «вообще» о науке, о жизни, о ее планах. Наталья Петровна рассказывала о том, что можно лечить болезни мозга, что можно и нужно исследовать, как мозг мыслит, как в нем организованы процессы, обеспечивающие эмоции, речь и многое другое.
Дальнейшее было полной неожиданностью. А. Н. Шелепин сказал, что принято решение назначить НП заведующей отделом науки ЦК (это был очень высокий пост, но тупиковая должность для ученого). Однако, поговорив с НП, А. Н. Шелепин понял, что нецелесообразно отрывать такого сильного ученого от науки. Он предложил ей любой институт или в любой институт на любой пост. Плюс обещание материальной поддержки. Наталья Петровна выбрала Институт экспериментальной медицины, в котором решила организовать отдел.
Название отдела было вызывающим (как и многое, что делала НП): «Отдел прикладной нейрофизиологии человека». Вызывающим, поскольку в то время нейрофизиология была исключительно экспериментальной наукой, на кроликах и крысах. При этом у НП была программа исследования мозга на десятилетия вперед. Планировалось исследовать мозговой субстрат мысли, мозговые коды, то, как работают клетки мозга при деятельности человека, и применить эти знания для лечения больных.
Как известно, при создании новой организации возникают четыре проблемы.
Первая — программа работ. Она существовала в голове у НП и была отражена в ее выступлениях. Вторая — кадры, которые, как известно коммунистам, решают все. Нужно было подтянуть талантливую молодежь, а главное — руководителей среднего звена, завлабов и старших научных сотрудников. Как правило, такие люди либо уже имеют свое направление и их очень трудно переориентировать, либо они его так и не сформировали. НП удалось найти и заинтересовать и тех и других.
Третья — оборудование. Приборы дорогие, но они еще и фондируемые. В то время мало было иметь деньги, надо было еще быть включенным в план поставок. Одной из серьезных проблем, как уже говорилось, было большое время стереотаксических расчетов. Все это время (часы) больной лежал на столе с трепанационным отверстием, прикрытым салфеткой. Поэтому НП идет к Акселю Ивановичу Бергу — тогда он был главным в стране по кибернетике — и выпрашивает у него самую современную в то время машину «Минск-1». И вот в большом зале на Кировском проспекте устанавливается ЭВМ. На лампах. Она часто выходила из строя: то лампа перегорит, то контакт окислится. Скорость ее вычислений поражала воображение — 2000 операций в секунду. Картина была впечатляющая. Посередине комнаты стоит ревущий и гудящий монстр, а вокруг него пляшут несколько голых (в одних трусах) инженеров и техников, непрерывно его ремонтируя. Голых, потому что машина потребляла киловатты и исправно превращала их в тепло. Но свою задачу проведения операционных расчетов она впервые в мире выполняла.
И наконец, четвертая проблема: помещения. Сначала дали три комнаты без мебели на Кировском проспекте. Ремонтировали сами. Клиники не было. Потом постепенно прибавлялась комната за комнатой. Вместо своей клиники появлялись клинические базы в разных больницах города. Нельзя сказать, что это было оптимальным решением, но положение спасало.
Зачем НП была нужна клиника и работа с больными? Она сформировалась именно в условиях больницы и считала себя настолько же врачом, насколько и ученым. Кроме того, слово «прикладной» в названии отдела отражало направленность работы — поиск и применение новых методов лечения на основе знаний о мозге человека. Надо понимать, что в то время задача исследования мозговых кодов психической деятельности в практическом смысле считалась не то что невыполнимой, но даже чем-то вроде научного авантюризма. Об этом мечтал Грей. Но он был предельно независим и почти нищим, поэтому мог себе позволить такое поведение.
А у нас исследовали нейрон, отдельные клетки и их ансамбли, а также поведенческие реакции, условные рефлексы. Причем в основном на виноградных улитках, на крысах, кроликах. Именно эти работы составили славу отечественной физиологии. Но они не дали исчерпывающего ответа на то, как это происходит у человека.
Именно мечта о раскрытии кодов мозга и была той мощнейшей силой, которая заставила НП работать в клинике. Ведь в то время не было, по сути, ничего, кроме ЭЭГ. Не было средств нейровизуализации, таких, как ПЭТ или фМРТ. В руках НП был прорывной метод долгосрочных имплантированных электродов, непосредственный контакт с мозгом. Возможность регистрации активности из глубины мозга. Наконец, регистрация импульсной активности нейронов.
Но такую операцию, безусловно, можно было делать только для лечения тяжелого заболевания … Именно поэтому работа с больными — очень мощный способ познания устройства человеческого мозга. Это одновременно и способ поиска новых методов лечения. Один из наших лозунгов: «Когда знаешь, как устроена система, становится понятно, как ее чинить»…
Утро — не для дирекции
Вообще, создать такое — подвиг. Но надо еще учесть, что это все было создано при затрате времени три часа в день. НП позволяла себе заниматься административной работой только после трех часов дня. Утро было для лаборатории, для науки. Только это позволяло ей оставаться в первую очередь ученым даже при огромных административных нагрузках.
В шестидесятые годы Наталья Петровна выдвигает целый ряд прорывных концепций и теорий.
Теория устойчивого патологического состояния. НП рассказывала, что это было для нее как озарение, и долгое время считала, что теория настолько очевидна, что наверняка уже существует — она просто о ней не знает. Она даже исподволь расспрашивала коллег, не слышали ли они о том, где можно ознакомиться с этой концепцией. Никто не знал. И тогда она решилась на публикацию.
Организм человека в норме поддерживает нормальное состояние. Это было известно. При определенных заболеваниях, обычно хронических или длительных, в организме формируется патологическое состояние, при котором организм борется с болезнью или просто старается выжить. Суть теории в том, что это патологическое состояние может стать устойчивым и самоподдерживающимся. Даже когда фактор, вызывающий проблемы, пропадает, организм может сам из этого состояния не выйти. Вот это состояние, когда организм продолжает вести себя как больной уже при отсутствии болезни, НП назвала устойчивым патологическим состоянием — УПС.
Физиологически механизм его формирования понятен. Ведь гомеостаз, стабильность — универсальное свойство живых систем. Именно он поддерживает выживание. Однако в какой-то момент организм начинает «считать правильным» с трудом достигнутое патологическое, но тем не менее обеспечивающее жизнь состояние. Из этого вытекает еще один важнейший момент. Переход из УПС к нормальному состоянию должен сопровождаться фазой дестабилизации. Одно устойчивое состояние не может плавно перейти в другое, на время должно произойти ухудшение. Кстати, это и есть причина устойчивости УПС — организм борется против ухудшения состояния. Сейчас это звучит вполне логично и, кажется, не может быть иначе. Именно поэтому НП думала, что не она первая, что кто-то это уже сформулировал. Но она была первой.
Как и во многом другом. Еще одно крупнейшее открытие НП и Валентина Борисовича Гречина в 1968 году — детектор ошибок. Открытие было сделано попутно, в процессе лечения разных заболеваний (болезни Паркинсона, эпилепсии и пр.) с помощью долгосрочных имплантированных электродов.
Предполагается, что симптомы разнообразных заболеваний мозга вызваны тем, что определенные его элементы функционируют неправильно, следовательно, выключение этих участков или определенное воздействие на них может устранить симптомы заболевания. Это, в общем, было известно. Но весь вопрос в том, какие это участки и что нужно с ними делать. В мозгу около 10 миллиардов нейронов, и каждый из них работает по-своему. Это означает, что в миллиметре друг от друга могут находиться участки, деятельность которых будет поддерживать совершенно разные функции. Кроме того, мозг каждого человека уникален как по форме (размеру и форме головы), так и по локализации его функциональных зон на микроуровне. А воздействовать надо именно на участки со строго определенной специализацией, которые еще нужно найти. НП уже знала, где приблизительно находится цель, но только приблизительно. А для выздоровления больного это надо знать точно. Случайное разрушение не того участка может привести к печальным последствиям.
Поэтому из золотой царской монеты были специально изготовлены проволочки толщиной в сто микрон. Их скручивали и прицельно вводили по шесть таких тончайших пучков в полушарие, причем контакты у этих электродов были расположены на небольшом расстоянии друг от друга по длине пучка. Сначала электрическими импульсами воздействовали на различные участки около электродов и определяли, где находятся нужные. Потом их начинали либо «воспитывать», либо выключать. Сначала выключение было временным, чтобы проверить, нет ли побочных эффектов и присутствуют ли позитивные. И только если все было нормально, эти участки разрушали.
Принципиально важно, что, когда электроны введены, с их помощью можно не только воздействовать на мозг, но и регистрировать информацию из мозга. Так были получены внутримозговые аналоги ЭЭГ, данные о мозговом кровотоке, исследованы так называемые сверхмедленные процессы, а позднее — импульсная активность нейронов. Для этого, в частности, больного просили решать определенные психологические задачи. Иногда он выполнял их правильно, а иногда ошибался. Оказалось, что, когда человек делает ошибку, концентрация кислорода в мозгу меняется. Уровень кислорода отражает мозговой кровоток, а он, в свою очередь, связан с активностью нейронов на определенном участке. Так обнаружили область, контролирующую правильную деятельность мозга. Этот механизм назвали детектором ошибок.
Через десять лет финский ученый Ристо Наатанен открыл феномен «негативности рассогласования». Это сигнал на электроэнцефалограмме, который возникает, когда вы сталкиваетесь с чем-то неожиданным в окружающей слуховой среде. Вы ведете машину, вы не слышите звука двигателя. Но как только он застучит, вы сразу же реагируете. Это значит, что вы обращаете внимания не на рутину, а только на что-то необычное и важное. Это тоже разновидность детектора ошибок.
НП писала о том, что система детекции ошибок является одной из основных в деятельности мозга. У нас для большинства видов рутинной деятельности есть некий стандарт того, как это надо делать. Когда вы утром встаете, то не планируете определенные процедуры: мытье, бритье и прочее. Вы это делаете автоматически. Так, можно одновременно можно чистить зубы и обдумывать дела на день, ведя машину — разговаривать. Это обеспечивает матрица «стандартов», которая может быть очень жестко прошита и быть сиюминутной — как в случае с двигателем: вы его не слышите, считая это нормальным, и т. д.
Детектор ошибок — механизм, который реагирует на рассогласование реальной деятельности с ее моделью: поднимается «флажок» — ошибка. Это базовый механизм мозга, который, как установили недавно, работает, даже если больной находится в состоянии комы. Он действует независимо от нашего сознания. Если этот механизм ломается, то с мозгом происходят достаточно серьезные расстройства, так как он контролирует почти все виды деятельности.
Значение своего открытия НП осознала сразу — и в этом ее главная отличительная черта как ученого: не просто регистрировать новые данные, но пытаться дать им объяснение и определить их значение. Другие исследователи обратили внимание на детектор ошибок лишь спустя четверть века. С начала девяностых годов количество публикаций на эту тему растет лавинообразно. Это понятно, потому что в начале девяностых появилась техника, с помощью которой стало возможно исследовать эти процессы с небольшими затратами и сложностями. И, как это всегда бывает, за рубежом не только не ссылались на нас, но и объявили себя первооткрывателями. Несмотря на то что НП многократно описала этот механизм, причем в англоязычной литературе. Интересно, что западные исследователи (со многими она была знакома) спрашивали НП об этом явлении, поэтому трудно себе представить, что они по незнанию приписали себе приоритет. Какой же ценности должно быть открытие, если ради него идут на открытый грабеж!
Третья концепция НП, выдвинутая приблизительно в то же время, — очень красивая теория об обеспечении различных видов деятельности мозговой системой со звеньями различной степени жесткости. Суть ее в том, что для обеспечения деятельности в мозгу образуется система из нервных клеток. С одной стороны, это утверждение сейчас кажется почти очевидным. Но в то время еще не до конца был решен спор между локализационистами, полагавшими, что в мозгу существуют специализированные области-центры и один отвечает за речь, другой за внимание и т. д., и холистами, считавшими, что деятельность обеспечивает весь мозг. Веские аргументы были и у тех, и у других. И все-таки уже начало появляться мнение, что, скорее всего, это действительно система, но представление о ее свойствах было очень туманным. Настолько, что многие ученые, едва заслышав в докладах слово «система», просто переставали слушать, полагая, что дальше последуют спекулятивные утверждения.
Наталья Петровна впервые заявила, что в системе есть звенья различной степени жесткости. Жесткие (меньшинство) — это костяк, который всегда принимает участие в работе при обеспечении конкретного действия. Это как постоянная команда. И при необходимости обеспечить это действие такой костяк набирает для работы все нервные клетки, которые в данный момент свободны от обеспечения других видов деятельности. Причем, как было показано позднее, эта система нестабильна. То есть при каждом выполнении одного и того же задания она меняется. Жесткие звенья остаются, а гибкие могут быть уже другими, расположенными в других участках мозга.
Значение этого открытия очень велико. Оно концептуально. Оно объяснило многие противоречия между холистами и локализационистами. Стала понятна причина изменчивости, нестабильности многих результатов.
Следует упомянуть и о том, что сейчас в принципе также кажется почти очевидным: о комплексном методе исследования мозга. В монографии 1971 года «Нейрофизиологические аспекты психологической деятельности человека» НП пишет: «…Комплексный метод включает в себя, с одной стороны, исследование влияния локальных электрических воздействий на текущую и заданную эмоционально-психическую деятельность и, с другой стороны, анализ локальной динамики многих физиологических показателей состояния мозга при эмоциогенных и психологических тестах. С помощью указанного метода оказалось осуществимым, меняя условия наблюдения, вводя и исключая различные факторы внешней и внутренней среды, изучать, как, за счет каких сдвигов и в каких структурах мозга решается любая реализуемая мозгом психологическая задача».
Казалось бы, что тут такого: просто регистрируй все что можешь. Это не совсем так, точнее, совсем не так. Для того чтобы из купленных в магазине запчастей построить автомобиль, надо знать очень многое. Комплексный метод — это не только все регистрировать, но и иметь представление о том, как это взаимосвязано. О взаимодействии мозговых систем. Сейчас эти представления есть, поэтому комплексный метод воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Тогда это было не так. Более того, можно сказать, что эти представления и появились благодаря комплексному методу.
Еще одной причиной было отсутствие приборов. Каждый из них регистрировал только один показатель: или ЭЭГ, или нейронную активность. Выполняя поставленную НП задачу, сотрудники отдела С. Г. Данько и Ю. Л. Каминский разработали полиэлектронейрограф — прибор, позволяющий одновременно, с одних и тех же электродов регистрировать различные виды биоэлектрической активности. Технически такой прибор было не очень сложно создать, но надо было поставить осмысленную задачу, зачем все это нужно и что с этими данными делать. Кроме того, были определенные психологические шоры. Исследователь, занимавшийся анализом ЭЭГ, не очень интересовался, что там получено с анализом импульсной активности нейронов. Ему хватало задач внутри его малого научного круга. Надо было преодолеть этот барьер.
Сейчас именно такой подход поставлен во главу угла. Например, Совет по науке северных стран (Скандинавия, Дания, Эстония и др.) дал грант и присвоил звание центра совершенства (center of excellence) группе лабораторий из этих стран, в том числе и нашему институту, для решения задачи когнитивного контроля. Определяющим стало такое построение исследований, при котором мы выработали общую стратегию исследования, но каждый выполняет свою часть работы: мы — ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография. — Примеч. ред.), в Бергене — функциональную магниторезонансную томографию, в Хельсинки — магнитоэнцефалографию. Это прямое применение комплексного подхода, разработанного НП.
Хочу подчеркнуть: эти концепции были сформулированы не сейчас, когда накоплена огромная база данных, когда у нас в руках разнообразные методы картирования мозга. Образно говоря, сейчас открыть периодический закон Менделеева проще простого. Открыты все элементы, вычислены их атомные веса, известна квантовая структура атома. Но во время Дмитрия Ивановича Менделеева имелся минимум противоречивой, иногда ошибочной информации. Именно в таком положении была и НП.
Число «научных преступлений» за последние годы резко возросло, утверждает Международный комитет по издательской этике. Наиболее частые из них — кража приоритетов и плагиат. История с «детектором ошибок», который был открыт российскими учеными, как нельзя лучше подтверждает эту тенденцию.
Главный контролер мозга
За последние два-три года в мировой научной прессе идет буквально вал статей, посвященных исследованию так называемого «детектора ошибок» — одного из основных механизмов человеческого мозга. Говоря упрощенно, это некий невидимый «цензор», который следит, насколько правильны наши действия. Большинство людей о нем и не подозревают, не замечают, как он работает: нельзя же постоянно фиксировать каждый вдох и выдох, каждое движение тела.
Пока все идет по плану, мы ни о чем не задумываемся. Например, находясь в машине, не слышим шума нормально работающего двигателя. Но стоит появиться неисправности, и шум уже слышен, поскольку отличается от привычного.
«Детектор ошибок» постоянно сравнивает то, что происходит в данный момент, с заложенным в памяти «правильным» стереотипом, и если что-то не так, подает «тревожный» сигнал. Вот классический пример его работы: человек выходит из дома, и вдруг у него появляется ощущение, будто он что-то забыл взять или сделать. Что конкретно, не помнит, но в голове словно «загорается» сигнал: «Стоп!». Возвращаясь назад, он обнаруживает, что оставил, например, включенным свет или того хуже — утюг.
Повседневная жизнь человека в принципе невозможна без этого контрольного механизма мозга, а нарушение его работы может стать причиной серьезных заболеваний и психических расстройств.
Кто был первым
Впервые предположение о том, что в мозге человека существует регистратор ошибок, высказал британский психолог Раббитт в статье, опубликованной в 1966 году в журнале Nature. В основе его версии были результаты психологических тестов, а не инструментальные исследования мозга, позволяющие непосредственно зафиксировать явление.
Это было сделано примерно в то же время в Ленинграде, в Институте экспериментальной медицины. Руководитель лаборатории Наталья Бехтерева вместе с Валентином Гречиным (ныне покойным) лечили больных паркинсонизмом при помощи вживленных в мозг электродов. Обычно во время таких сеансов пациентам предлагали выполнить различные задания и проверяли, как на это будет реагировать тот или иной участок мозга. Вскоре ученые заметили удивительную закономерность: при любой ошибке пациентов в определенных точках мозга возникала одна и та же реакция.
Оказалось, что в нашем мозге существуют популяции клеток, которые реагируют именно на ошибки. Причем они расположены в разных зонах — и в подкорке, и в коре мозга.
— Мы почувствовали, что наткнулись на интересный феномен, который может оказаться базисным механизмом, сравнимым с условными рефлексами, — рассказывает академик Бехтерева. — Но в то же время мы боялись себе в этом признаться, не верили, что такое могло с нами произойти — слишком уж хорошо, красиво! Сразу же назвали этот феномен «детектором ошибок», но в первой статье не осмелились это сделать.
О своем открытии Бехтерева и Гречин впервые сообщили в статье, опубликованной в 1968 году в cборнике Annual Review на английском языке. Сам термин «детектор ошибок» появился в печати чуть позже, в 1971 году, в книге Натальи Бехтеревой «Нейрофизиологические аспекты психической деятельности человека». Там дается четкая оценка открытого явления: «…Наибольший интерес представляют «точки», обнаруживающие воспроизводимые изменения при ошибочном выполнении пробы… Эти точки представляют собой что-то вроде «детектора ошибок», анализатора правильности действий…». В 1978 году английская версия книги публикуется влиятельным международным издательством Oxford University Press, и таким образом сообщение об открытии российскими учеными «детектора ошибок» снова становится доступным на Западе. Позже появляется еще ряд публикаций Бехтеревой с соавторами в зарубежных журналах, в том числе подробная работа, посвященная «детектору», в International Journal of Psychophysiology (1987). В 1986 году, выступая с докладом о «детекторе ошибок» на конференции международного общества психофизиологии в Вене, она называет его одним из «основных механизмов надежности работы».
«Русской науки не существует»
В то время зарубежные коллеги (да и отечественные тоже) отнеслись к сообщениям ленинградских ученых довольно сдержанно. Зато теперь западные авторы не скупятся на оценки: «Детекция ошибок является одной из высших функций самоконтроля, присущих человеку» (K.Rubia, Academic Press, 2003) или — «Важность этого феномена … повысила интерес к этой проблеме. Все больше ученых пытаются найти его анатомическую базу» (H.Garavan, Neuroimage, 2003). Однако повода для нашего торжества здесь нет, ведь авторы статей не ссылаются на результаты российских ученых.
Например, группа исследователей Йельского и Стэнфордского университетов сообщает в предисловии к статье, опубликованной в прошлом году в журнале Biological Psychology, что «детектор ошибок» был открыт «около 10 лет назад двумя лабораториями», и называет два имени — W.Gehring (1993) и M.Falkenstein(1991). Практически во всех работах последних лет самые ранние ссылки идут именно на них, правда, некоторые авторы упоминают еще и Раббитта. А изобретение самого термина вообще приписывается разным людям. На работу Бехтеревой с соавторами, причем на одну из самых поздних, ссылаются лишь однажды.
Можно предположить, что никто из ученых, занимающихся этой проблемой последние 10-15 лет и особенно последние 2-3 года, просто ничего не знал о ленинградских работах 70-80-х годов, даже несмотря на то, что они опубликованы на Западе. И не обязаны были знать, примерно так ответил на письмо академика Бехтеревой один из издателей. Но вот строки из другого письма, присланного исследователем из Университета штата Орегон Доном Такером: «Дорогая д-р Бехтерева! Благодарю вас за присланный вами список опубликованных работ вашей лаборатории. Сожалею, что мы не процитировали их в нашей статье. Я знал о ваших исследованиях, однако не успел «поймать» сотрудника, готовившего материал к публикации. В следующий раз мы непременно будем стараться включать в наш материал упоминания о ваших работах».
Великая сила ссылки
Итак, одни действительно ничего не знали, другие знали, но сочли возможным не ссылаться на работы российских ученых, а некоторые даже запрашивали у Бехтеревой оттиски ее прежних публикаций. И здесь возникает законный вопрос: возможно ли вообще защитить свой приоритет? Существует ли какая-то высшая инстанция, в которую можно обратиться в спорных случаях, скажем, аналог суда? Да, комитет по издательской этике рассматривает подобные ситуации, но его возможности ограничены. В прошлом году он разобрался всего в 29 запросах, а таких случаев десятки тысяч.
В этом смысле в науке сегодня царит полнейший произвол. Издатель журнала Psychological Science прямо пишет об этом Наталье Бехтеревой: «Я не могу выяснять, знали ли авторы статей, публикуемых в нашем журнале, о существовании какой-либо работы, и если — да, то почему они решили на нее не ссылаться». Действительно, любой исследователь вправе цитировать, кого хочет. Однако западные ученые, и прежде всего американские, защищены в большей степени, поскольку являются частью сообщества, которое диктует правила в мировой науке. Довольно узкий круг людей «монополизирует» какую-то тему: они тесно связаны друг с другом, цитируют друг друга, дают положительные рецензии на статьи друг друга, отзывы по грантам и очень неохотно впускают в это сообщество посторонних.
В такой ситуации российские ученые (да и в какой-то степени европейские тоже — мне довелось обсуждать эту проблему с финскими и шведскими физиологами) оказываются практически бесправными. Причем это не зависит от области исследований. Вот что, например, рассказал известный молекулярный биолог академик Александр Спирин: «Мой коллега Анатолий Гудков сделал крупное открытие и напечатал статью в хорошем зарубежном журнале. Через два года ученые из Калифорнии опубликовали такую же работу, с той же постановкой эксперимента, такими же выводами, не сославшись на предшественников. После этого 90 процентов ссылок в научной литературе были уже на американцев».
Идти дальше
Причина такой несправедливости не только в незащищенности наших ученых. Дело и в особенностях отечественной науки, которой нередко бывает тесно в рамках современной грантовой системы и индекса цитирования. Лучшие российские ученые занимаются действительно прорывными идеями, создавая «рабочие места» для других, а сами не боятся менять направление исследований, если оно переходит, как заметил Александр Спирин, в «период скуки», и начинать что-то новое.
Возможно, если бы Бехтерева посвятила свою жизнь изучению одного лишь «детектора ошибок», то опубликовала бы на эту тему в десять раз больше работ и победила бы «количеством». Впрочем, скорее всего при таком подходе ей вряд ли удалось бы открыть сам феномен.
— Несколько позднее нас, в 1979 году, прекрасный финский ученый Ристо Наатаненн обнаружил одно из проявлений «детектора ошибок», которое известно теперь под термином «негативность рассогласования», — рассказывает Наталья Петровна. — С того момента разработка этой темы стала основной задачей его лаборатории, и Ристо сильно преуспел. Мы же интересовались работой всего мозга, и «детектор ошибок» стал одной из многих находок на этом пути.
Впрочем, теперь, спустя почти 40 лет после открытия, этот феномен снова стал объектом научного интереса Натальи Бехтеревой, но уже на совершенно новом витке. Она хочет понять, какую роль он играет в процессе творчества: помогает ли, «защищая от тривиальностей», от «изобретения велосипеда», или, наоборот, мешает, «ограничивая полет оригинальной мысли». Интересно, сколько десятков лабораторий станут заниматься этим через сорок лет?
Как Лейбниц с Ньютоном боролся
Андрей Юревич, доктор психологических наук, директор Центра науковедения Института истории естествознания и техники РАН:
В научном бизнесе давно бытует поговорка: «родить» идею намного проще, чем ее продать. Генерируют новинки наши ученые прекрасно, торгуют из рук вон плохо. Похожая ситуация и с научными приоритетами. Мало опубликовать в зарубежном издательстве или престижном журнале книгу или статью — их появляется огромное множество, надо, чтобы их заметили. И
здесь действуют свои законы. Скажем, чтобы привлечь внимание к написанной книге, надо организовать хотя бы пару рецензий.
Но многие российские ученые уверены: раз их статьи опубликованы в престижных зарубежных журналах, то это гарантирует им известность, а главное, высокий индекс цитируемости. Увы, это иллюзия. Довольно часто число ссылок на ту или иную статью не зависит от ее научного «веса». И, наоборот, могут обильно цитироваться авторы, чей вклад в науку не самый выдающийся.
Парадокс? Но только для непосвященных. Те, кто варится в научном мире, хорошо знакомы со «школьным эффектом». Суть в том, что любой автор ссылается преимущественно на «своих» — представителей той научной школы, к которой сам принадлежит. И на тех, к кому лично он хорошо относится. А вот «чужаков», состоящих в других школах, а также тех, кого автор недолюбливает, он цитирует намного реже. Да и то, как правило, если хочет опровергнуть их позицию или представить полными профанами.
Исключение, конечно, составляют живые «классики», их уж никак не проигнорируешь. Однако выдающихся ученых в любой науке немного. Вывод? Чтобы попасть в круг цитируемых на Западе, нашему ученому лучше всего получить Нобелевскую премию. Либо стать там «своим», что крайне трудно, живя в России.
Эту последнюю истину в последние годы у нас многие ученые осознали. Большую часть времени они проводят за границей, где завязывают массу контактов, публикуются в зарубежных журналах, следят, чтобы их цитировали и никто не покусился на их идею. В научном фольклоре эту категорию научных работников называют «космополитами» в отличие от «местников», привязанных к родным пенатам.
«Местники» всего этого лишены. Тем более им не с руки бомбардировать жалобами различные международные организации, призванные защищать авторские и прочие права ученых, затевать длительные судебные тяжбы по поводу приоритета. Которыми, кстати, история науки переполнена со времен нескончаемых судебных разбирательств между Ньютоном и Лейбницем.
Лучше взглянуть на нынешнюю ситуацию без эмоций. Надо признать, что за рубежом мало кто строит против нас козни, стремится проигнорировать, отнять приоритет. Главная причина наших проблем в другом. Как это ни парадоксально, мы только начинаем входить в мировую науку. Эта интеграция фактически началась после падения «железного занавеса», и должно пройти немало времени, чтобы любой наш ученый, а не только эмигранты, «космополиты» и нобелевские лауреаты стали полноценными членами мирового научного сообщества, чтобы их знали и цитировали наравне с зарубежными коллегами. А пока мы в общем-то играем в лотерею: заметят или не заметят, соизволят или не соизволят процитировать.
Борьба за приоритет — одна из захватывающих страниц мировой науки. Даже выдающиеся ученые, занявшие твердое место в пантеоне науки, страстно сражались за публичное признание своих идей. Достаточно назвать имена Ньютона, Декарта, Лейбница, Паскаля, Гюйгенса, Листера, Фарадея, Лапласа, Гоббса, Кавендиша, Уатта, Лавуазье, Бернулли, Нобеля и многих-многих других. Конечно, были и исключения. Например, Ч. Дарвин к приоритету относился совершенно безразлично.
А вот Галилей использовал для зашифровки своих мыслей разработанные им анаграммы, Леонардо да Винчи — специальный код.
Елена Кокурина, корреспондент Newsweek — специально для «РГ»
Святослав Всеволодович Медведев
«Химия и жизнь» №6, 2010
Два года назад не стало всемирно известного ученого и удивительного человека — Натальи Петровны Бехтеревой. В годовщину этого печального события мы предлагаем нашим читателям фрагменты из книги воспоминаний о ней, вышедшей осенью 2009 года в издательстве «Сова» в Санкт-Петербурге («Наталья Бехтерева. Какой мы ее знали». Под ред. С. В. Медведева). Эта глава написана ее сыном, членом-корреспондентом РАН и директором санкт-петербургского Института мозга человека им. Н. П. Бехтеревой — Святославом Всеволодовичем Медведевым.
В начале 60-х годов ХХ века в жизни Натальи Петровны происходят два, казалось бы, не связанных события: трехмесячная стажировка в Великобритании и вызов к секретарю ЦК КПСС.
В Англии летом 1960 года НП (как ее называли друзья и ближайшие сотрудники) завязывает ряд очень важных знакомств с известными учеными. Но встреча в Бристоле с Греем Уолтером — пожалуй, крупнейшим исследователем человеческого мозга прошлого столетия — кардинально изменила ее жизнь. НП не раз говорила, что Грей один из очень немногих, кто действительно понимал мозг. Вероятно, также, как ее дед — Владимир Михайлович Бехтерев (академик В. М. Бехтерев 1857–1927 — выдающийся психиатр, невропатолог, физиолог, психолог, основоположник рефлексологии и патопсихологического направления в России. Основал в Санкт-Петербурге психоневрологический институт. — Примеч. ред.). Может быть, после общения с Греем НП решила исследовать не ЭЭГ, а сам мозг как наисложнейший объект во Вселенной.
Вообще НП вернулась из Англии совсем другим человеком. Изменился не только внешний вид (она радикально поменяла прическу). Самое главное, что уезжала она с одним темпераментом, а вернулась с другим. Это все равно что сравнить гоночный автомобиль с «Волгой».
Великая материальная сила
НП начала поход за вживленные электроды. Вообще, походы были в ее стиле и ее страстью. Большинство заканчивались победой. У нас была шутка: «Идея, овладевшая НП, становится материальной силой».
Вживленные электроды… Даже сейчас, говоря о них, многие испытывают трепет. Хотя имплантация электродов и стимуляция подкорковых ядер при паркинсонизме — сейчас рутинная операция. А тогда об этом даже говорить было страшно. К тому же первыми этот метод разработали и применили фашисты в концлагерях. Я помню высказывания в то время об «этих канадцах» (имелись в виду величайшие ученые Джаспер и Пенфилд), которые забивают в голову живому человеку золотой гвоздь и проводят свои человеконенавистнические эксперименты. Наш парторг такого не допустит.
Но НП все преодолела. Как? Не знаю, по малолетству. Минздрав СССР дал разрешение, и в 1962 году в Ленинградском нейрохирургическом институте имени А. Л. Поленова (ЛНХИ) провели первую операцию по имплантации электродов больной, страдающей болезнью Паркинсона. И это было не слепое копирование гениального Уолтера. У него электроды вводили не прицельно, веером и потом уже проверяли, куда попали. НП предложила вводить их стереотаксическим методом и, что очень важно, — сказала, куда надо вводить. Именно на этом и была позднее построена ее сотрудником и одним из моих учителей В. М. Смирновым наука — «стереотаксическая неврология».
Вообще, в этот момент НП поняла, что должна существенно расширить свои познания. Для ее новых устремлений уже не хватало только медицинских знаний. Она устраивает частные уроки для себя и своей ближайшей сотрудницы Натальи Ивановны Моисеевой. Проходит университетский курс матанализа, много пытается узнать от физиков. Кстати, именно НП начала массово принимать на работу в медицинские подразделения физиков и математиков.
Первую операцию начали утром, а закончили после полуночи. Столь долгое время объяснялось тем, что необходимо было провести расчеты для стереотаксического введения, а в распоряжении медиков тогда были только арифмометр и логарифмическая линейка. Оперировала блестящий нейрохирург Антонина Николаевна Орлова. Цена ошибки была и жизнь пациентки, и «жизнь» врачей, их дальнейшая работа. Но больная почувствовала себя лучше уже на операционном столе. Для первой операции НП выбрала тяжелейшую больную, которой не помогало никакое лечение. Она была прикованным к постели инвалидом, учительницей математики, которая даже не могла отличить круг от треугольника. И вот через несколько недель по коридору ЛНХИ неслась с огромным тюком в руках (помогала медсестре) молодая привлекательная женщина. Конечно, полностью паркинсонизм не ушел, это системное заболевание. Через двадцать лет женщина опять поступила в клинику, но двадцать лет нормальной жизни дорогого стоят.
Эти работы, по сути, стали настоящим прорывом в исследовании мозга. Впервые врач мог очень щадяще и вместе с тем эффективно вмешиваться в работу сложнейших мозговых систем. Но еще более важно то, что исследователь получал не традиционную электроэнцефалограмму с поверхности головы, а разнообразные сигналы «изнутри» мозга, вплоть до импульсов отдельных нейронов из коры и подкорковых ядер.
Говорят, что сегодня электростимуляцией мозга не занимается только ленивый. Более того, серийно производятся имплантируемые стимуляторы. Словом, рутина. А в то время НП столкнулась с неприятием, которое иногда доходило до яростного сопротивления. Вообще подобное не раз случалось на протяжении всей ее жизни. Прорыв, успех, резкая критика, потом — множество людей, которые «всегда это знали», а через несколько лет — рутинный метод исследования или лечения. Иногда даже прямое заимствование результатов.
Через несколько лет, уже в больнице на улице Гастелло, случилась трагедия — пациентка с электродами повесилась. К сожалению, такое редко, но бывает. При паркинсонизме тяжелая депрессия более чем оправданна. В то время операция уже стала почти рутинной. Тем не менее поступила анонимка, и пришла строжайшая комиссия. НП с сотрудниками — а это была действительно команда — выстояли. Они доказали свою невиновность. Но чего это стоило! А если бы нечто похожее произошло с первой больной?
В 1962 году НП вызвали в ЦК КПСС. Принимал ее Александр Николаевич Шелепин — член Президиума и секретарь ЦК, один из самых влиятельных людей в то время. Разговаривали несколько часов очень неформально: «вообще» о науке, о жизни, о ее планах. Наталья Петровна рассказывала о том, что можно лечить болезни мозга, что можно и нужно исследовать, как мозг мыслит, как в нем организованы процессы, обеспечивающие эмоции, речь и многое другое.
Дальнейшее было полной неожиданностью. А. Н. Шелепин сказал, что принято решение назначить НП заведующей отделом науки ЦК (это был очень высокий пост, но тупиковая должность для ученого). Однако, поговорив с НП, А. Н. Шелепин понял, что нецелесообразно отрывать такого сильного ученого от науки. Он предложил ей любой институт или в любой институт на любой пост. Плюс обещание материальной поддержки. Наталья Петровна выбрала Институт экспериментальной медицины, в котором решила организовать отдел.
Название отдела было вызывающим (как и многое, что делала НП): «Отдел прикладной нейрофизиологии человека». Вызывающим, поскольку в то время нейрофизиология была исключительно экспериментальной наукой, на кроликах и крысах. При этом у НП была программа исследования мозга на десятилетия вперед. Планировалось исследовать мозговой субстрат мысли, мозговые коды, то, как работают клетки мозга при деятельности человека, и применить эти знания для лечения больных.
Как известно, при создании новой организации возникают четыре проблемы.
Первая — программа работ. Она существовала в голове у НП и была отражена в ее выступлениях. Вторая — кадры, которые, как известно коммунистам, решают все. Нужно было подтянуть талантливую молодежь, а главное — руководителей среднего звена, завлабов и старших научных сотрудников. Как правило, такие люди либо уже имеют свое направление и их очень трудно переориентировать, либо они его так и не сформировали. НП удалось найти и заинтересовать и тех и других.
Третья — оборудование. Приборы дорогие, но они еще и фондируемые. В то время мало было иметь деньги, надо было еще быть включенным в план поставок. Одной из серьезных проблем, как уже говорилось, было большое время стереотаксических расчетов. Все это время (часы) больной лежал на столе с трепанационным отверстием, прикрытым салфеткой. Поэтому НП идет к Акселю Ивановичу Бергу — тогда он был главным в стране по кибернетике — и выпрашивает у него самую современную в то время машину «Минск-1». И вот в большом зале на Кировском проспекте устанавливается ЭВМ. На лампах. Она часто выходила из строя: то лампа перегорит, то контакт окислится. Скорость ее вычислений поражала воображение — 2000 операций в секунду. Картина была впечатляющая. Посередине комнаты стоит ревущий и гудящий монстр, а вокруг него пляшут несколько голых (в одних трусах) инженеров и техников, непрерывно его ремонтируя. Голых, потому что машина потребляла киловатты и исправно превращала их в тепло. Но свою задачу проведения операционных расчетов она впервые в мире выполняла.
И наконец, четвертая проблема: помещения. Сначала дали три комнаты без мебели на Кировском проспекте. Ремонтировали сами. Клиники не было. Потом постепенно прибавлялась комната за комнатой. Вместо своей клиники появлялись клинические базы в разных больницах города. Нельзя сказать, что это было оптимальным решением, но положение спасало.
Зачем НП была нужна клиника и работа с больными? Она сформировалась именно в условиях больницы и считала себя настолько же врачом, насколько и ученым. Кроме того, слово «прикладной» в названии отдела отражало направленность работы — поиск и применение новых методов лечения на основе знаний о мозге человека. Надо понимать, что в то время задача исследования мозговых кодов психической деятельности в практическом смысле считалась не то что невыполнимой, но даже чем-то вроде научного авантюризма. Об этом мечтал Грей. Но он был предельно независим и почти нищим, поэтому мог себе позволить такое поведение.
А у нас исследовали нейрон, отдельные клетки и их ансамбли, а также поведенческие реакции, условные рефлексы. Причем в основном на виноградных улитках, на крысах, кроликах. Именно эти работы составили славу отечественной физиологии. Но они не дали исчерпывающего ответа на то, как это происходит у человека.
Именно мечта о раскрытии кодов мозга и была той мощнейшей силой, которая заставила НП работать в клинике. Ведь в то время не было, по сути, ничего, кроме ЭЭГ. Не было средств нейровизуализации, таких, как ПЭТ или фМРТ. В руках НП был прорывной метод долгосрочных имплантированных электродов, непосредственный контакт с мозгом. Возможность регистрации активности из глубины мозга. Наконец, регистрация импульсной активности нейронов.
Но такую операцию, безусловно, можно было делать только для лечения тяжелого заболевания … Именно поэтому работа с больными — очень мощный способ познания устройства человеческого мозга. Это одновременно и способ поиска новых методов лечения. Один из наших лозунгов: «Когда знаешь, как устроена система, становится понятно, как ее чинить»…
Утро — не для дирекции
Вообще, создать такое — подвиг. Но надо еще учесть, что это все было создано при затрате времени три часа в день. НП позволяла себе заниматься административной работой только после трех часов дня. Утро было для лаборатории, для науки. Только это позволяло ей оставаться в первую очередь ученым даже при огромных административных нагрузках.
В шестидесятые годы Наталья Петровна выдвигает целый ряд прорывных концепций и теорий.
Теория устойчивого патологического состояния. НП рассказывала, что это было для нее как озарение, и долгое время считала, что теория настолько очевидна, что наверняка уже существует — она просто о ней не знает. Она даже исподволь расспрашивала коллег, не слышали ли они о том, где можно ознакомиться с этой концепцией. Никто не знал. И тогда она решилась на публикацию.
Организм человека в норме поддерживает нормальное состояние. Это было известно. При определенных заболеваниях, обычно хронических или длительных, в организме формируется патологическое состояние, при котором организм борется с болезнью или просто старается выжить. Суть теории в том, что это патологическое состояние может стать устойчивым и самоподдерживающимся. Даже когда фактор, вызывающий проблемы, пропадает, организм может сам из этого состояния не выйти. Вот это состояние, когда организм продолжает вести себя как больной уже при отсутствии болезни, НП назвала устойчивым патологическим состоянием — УПС.
Физиологически механизм его формирования понятен. Ведь гомеостаз, стабильность — универсальное свойство живых систем. Именно он поддерживает выживание. Однако в какой-то момент организм начинает «считать правильным» с трудом достигнутое патологическое, но тем не менее обеспечивающее жизнь состояние. Из этого вытекает еще один важнейший момент. Переход из УПС к нормальному состоянию должен сопровождаться фазой дестабилизации. Одно устойчивое состояние не может плавно перейти в другое, на время должно произойти ухудшение. Кстати, это и есть причина устойчивости УПС — организм борется против ухудшения состояния. Сейчас это звучит вполне логично и, кажется, не может быть иначе. Именно поэтому НП думала, что не она первая, что кто-то это уже сформулировал. Но она была первой.
Как и во многом другом. Еще одно крупнейшее открытие НП и Валентина Борисовича Гречина в 1968 году — детектор ошибок. Открытие было сделано попутно, в процессе лечения разных заболеваний (болезни Паркинсона, эпилепсии и пр.) с помощью долгосрочных имплантированных электродов.
Предполагается, что симптомы разнообразных заболеваний мозга вызваны тем, что определенные его элементы функционируют неправильно, следовательно, выключение этих участков или определенное воздействие на них может устранить симптомы заболевания. Это, в общем, было известно. Но весь вопрос в том, какие это участки и что нужно с ними делать. В мозгу около 10 миллиардов нейронов, и каждый из них работает по-своему. Это означает, что в миллиметре друг от друга могут находиться участки, деятельность которых будет поддерживать совершенно разные функции. Кроме того, мозг каждого человека уникален как по форме (размеру и форме головы), так и по локализации его функциональных зон на микроуровне. А воздействовать надо именно на участки со строго определенной специализацией, которые еще нужно найти. НП уже знала, где приблизительно находится цель, но только приблизительно. А для выздоровления больного это надо знать точно. Случайное разрушение не того участка может привести к печальным последствиям.
Поэтому из золотой царской монеты были специально изготовлены проволочки толщиной в сто микрон. Их скручивали и прицельно вводили по шесть таких тончайших пучков в полушарие, причем контакты у этих электродов были расположены на небольшом расстоянии друг от друга по длине пучка. Сначала электрическими импульсами воздействовали на различные участки около электродов и определяли, где находятся нужные. Потом их начинали либо «воспитывать», либо выключать. Сначала выключение было временным, чтобы проверить, нет ли побочных эффектов и присутствуют ли позитивные. И только если все было нормально, эти участки разрушали.
Принципиально важно, что, когда электроны введены, с их помощью можно не только воздействовать на мозг, но и регистрировать информацию из мозга. Так были получены внутримозговые аналоги ЭЭГ, данные о мозговом кровотоке, исследованы так называемые сверхмедленные процессы, а позднее — импульсная активность нейронов. Для этого, в частности, больного просили решать определенные психологические задачи. Иногда он выполнял их правильно, а иногда ошибался. Оказалось, что, когда человек делает ошибку, концентрация кислорода в мозгу меняется. Уровень кислорода отражает мозговой кровоток, а он, в свою очередь, связан с активностью нейронов на определенном участке. Так обнаружили область, контролирующую правильную деятельность мозга. Этот механизм назвали детектором ошибок.
Через десять лет финский ученый Ристо Наатанен открыл феномен «негативности рассогласования». Это сигнал на электроэнцефалограмме, который возникает, когда вы сталкиваетесь с чем-то неожиданным в окружающей слуховой среде. Вы ведете машину, вы не слышите звука двигателя. Но как только он застучит, вы сразу же реагируете. Это значит, что вы обращаете внимания не на рутину, а только на что-то необычное и важное. Это тоже разновидность детектора ошибок.
НП писала о том, что система детекции ошибок является одной из основных в деятельности мозга. У нас для большинства видов рутинной деятельности есть некий стандарт того, как это надо делать. Когда вы утром встаете, то не планируете определенные процедуры: мытье, бритье и прочее. Вы это делаете автоматически. Так, можно одновременно можно чистить зубы и обдумывать дела на день, ведя машину — разговаривать. Это обеспечивает матрица «стандартов», которая может быть очень жестко прошита и быть сиюминутной — как в случае с двигателем: вы его не слышите, считая это нормальным, и т. д.
Детектор ошибок — механизм, который реагирует на рассогласование реальной деятельности с ее моделью: поднимается «флажок» — ошибка. Это базовый механизм мозга, который, как установили недавно, работает, даже если больной находится в состоянии комы. Он действует независимо от нашего сознания. Если этот механизм ломается, то с мозгом происходят достаточно серьезные расстройства, так как он контролирует почти все виды деятельности.
Значение своего открытия НП осознала сразу — и в этом ее главная отличительная черта как ученого: не просто регистрировать новые данные, но пытаться дать им объяснение и определить их значение. Другие исследователи обратили внимание на детектор ошибок лишь спустя четверть века. С начала девяностых годов количество публикаций на эту тему растет лавинообразно. Это понятно, потому что в начале девяностых появилась техника, с помощью которой стало возможно исследовать эти процессы с небольшими затратами и сложностями. И, как это всегда бывает, за рубежом не только не ссылались на нас, но и объявили себя первооткрывателями. Несмотря на то что НП многократно описала этот механизм, причем в англоязычной литературе. Интересно, что западные исследователи (со многими она была знакома) спрашивали НП об этом явлении, поэтому трудно себе представить, что они по незнанию приписали себе приоритет. Какой же ценности должно быть открытие, если ради него идут на открытый грабеж!
Третья концепция НП, выдвинутая приблизительно в то же время, — очень красивая теория об обеспечении различных видов деятельности мозговой системой со звеньями различной степени жесткости. Суть ее в том, что для обеспечения деятельности в мозгу образуется система из нервных клеток. С одной стороны, это утверждение сейчас кажется почти очевидным. Но в то время еще не до конца был решен спор между локализационистами, полагавшими, что в мозгу существуют специализированные области-центры и один отвечает за речь, другой за внимание и т. д., и холистами, считавшими, что деятельность обеспечивает весь мозг. Веские аргументы были и у тех, и у других. И все-таки уже начало появляться мнение, что, скорее всего, это действительно система, но представление о ее свойствах было очень туманным. Настолько, что многие ученые, едва заслышав в докладах слово «система», просто переставали слушать, полагая, что дальше последуют спекулятивные утверждения.
Наталья Петровна впервые заявила, что в системе есть звенья различной степени жесткости. Жесткие (меньшинство) — это костяк, который всегда принимает участие в работе при обеспечении конкретного действия. Это как постоянная команда. И при необходимости обеспечить это действие такой костяк набирает для работы все нервные клетки, которые в данный момент свободны от обеспечения других видов деятельности. Причем, как было показано позднее, эта система нестабильна. То есть при каждом выполнении одного и того же задания она меняется. Жесткие звенья остаются, а гибкие могут быть уже другими, расположенными в других участках мозга.
Значение этого открытия очень велико. Оно концептуально. Оно объяснило многие противоречия между холистами и локализационистами. Стала понятна причина изменчивости, нестабильности многих результатов.
Следует упомянуть и о том, что сейчас в принципе также кажется почти очевидным: о комплексном методе исследования мозга. В монографии 1971 года «Нейрофизиологические аспекты психологической деятельности человека» НП пишет: «…Комплексный метод включает в себя, с одной стороны, исследование влияния локальных электрических воздействий на текущую и заданную эмоционально-психическую деятельность и, с другой стороны, анализ локальной динамики многих физиологических показателей состояния мозга при эмоциогенных и психологических тестах. С помощью указанного метода оказалось осуществимым, меняя условия наблюдения, вводя и исключая различные факторы внешней и внутренней среды, изучать, как, за счет каких сдвигов и в каких структурах мозга решается любая реализуемая мозгом психологическая задача».
Казалось бы, что тут такого: просто регистрируй все что можешь. Это не совсем так, точнее, совсем не так. Для того чтобы из купленных в магазине запчастей построить автомобиль, надо знать очень многое. Комплексный метод — это не только все регистрировать, но и иметь представление о том, как это взаимосвязано. О взаимодействии мозговых систем. Сейчас эти представления есть, поэтому комплексный метод воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Тогда это было не так. Более того, можно сказать, что эти представления и появились благодаря комплексному методу.
Еще одной причиной было отсутствие приборов. Каждый из них регистрировал только один показатель: или ЭЭГ, или нейронную активность. Выполняя поставленную НП задачу, сотрудники отдела С. Г. Данько и Ю. Л. Каминский разработали полиэлектронейрограф — прибор, позволяющий одновременно, с одних и тех же электродов регистрировать различные виды биоэлектрической активности. Технически такой прибор было не очень сложно создать, но надо было поставить осмысленную задачу, зачем все это нужно и что с этими данными делать. Кроме того, были определенные психологические шоры. Исследователь, занимавшийся анализом ЭЭГ, не очень интересовался, что там получено с анализом импульсной активности нейронов. Ему хватало задач внутри его малого научного круга. Надо было преодолеть этот барьер.
Сейчас именно такой подход поставлен во главу угла. Например, Совет по науке северных стран (Скандинавия, Дания, Эстония и др.) дал грант и присвоил звание центра совершенства (center of excellence) группе лабораторий из этих стран, в том числе и нашему институту, для решения задачи когнитивного контроля. Определяющим стало такое построение исследований, при котором мы выработали общую стратегию исследования, но каждый выполняет свою часть работы: мы — ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография. — Примеч. ред.), в Бергене — функциональную магниторезонансную томографию, в Хельсинки — магнитоэнцефалографию. Это прямое применение комплексного подхода, разработанного НП.
Хочу подчеркнуть: эти концепции были сформулированы не сейчас, когда накоплена огромная база данных, когда у нас в руках разнообразные методы картирования мозга. Образно говоря, сейчас открыть периодический закон Менделеева проще простого. Открыты все элементы, вычислены их атомные веса, известна квантовая структура атома. Но во время Дмитрия Ивановича Менделеева имелся минимум противоречивой, иногда ошибочной информации. Именно в таком положении была и НП.
Феномен детекции ошибок
Феномен детекции ошибок
Все мы знакомы с такими явлениями, когда не выключенный дома утюг вдруг всплывает в нашей памяти и не дает нам покоя, когда, совершив поступок, мы вдруг с сожалением осознаем, что это был неверный шаг, и мучаемся, с горечью осознавая ошибку… Во всех этих случаях в мозгу активируется особая группа нейронов – так называемые детекторы ошибок. Говоря об этом явлении, впервые открытым Натальей Петровной, интересно проследить историческое развитие этого открытия. Дело в том, что Наталья Петровна занималась этой проблемой на протяжении всей своей жизни. И на разных этапах ею использовались именно те показатели мозга, которые были доступны ученым в те исторические времена.
В конце шестидесятых годов в качестве физиологического параметра жизнедеятельности мозга выступала доступная и легкая в анализе методика регистрации концентрации кислорода в головном мозгу. Методику реализовал в рамках комплексного подхода Валентин Борисович Гречин, ученик Натальи Петровны. Заключалась она в том, что на золотые (поляризующиеся) электроды, вживленные в ходе стереотаксической операции в мозг больного, подавалось небольшое отрицательное напряжение –0.63 вольта. При этом на границе электрод – среда мозга начинали протекать сложные окислительно-восстановительные процессы, при которых ток, проходящий через электрод, оказывался пропорционален концентрации кислорода в окружающей среде. Анализируя флюктуации напряжения кислорода в мозгу с помощью этой полярографической методики, Валентин Борисович обнаружил, что концентрация кислорода в ткани мозга не является постоянной величиной, а претерпевает медленные (с периодом от 6 до 60 секунд) колебания.
Удивительно, но тогда никто не обратил внимания на это открытие. И только спустя почти сорок лет ученые сумели повторить и, главное, оценить эти наблюдения. Но сделаны они были уже на другом методическом уровне, с использованием нового метода, появившегося в конце восьмидесятых годов, – метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Хочу дать несколько пояснений для тех, кто не знаком с этой уникальной методикой конца ХХ века. ПЭТ основывается на использовании физических свойств изотопов – радиоактивных форм простых атомов (таких, как водород, кислород, фтор), которые, распадаясь, испускают позитроны. Радиоактивные атомы получаются с помощью специального физического устройства, называемого циклотроном. Радиоактивные атомы объединяются в более сложные молекулы, такие как кислород, вода или глюкоза, с помощью другого сложного устройства, так называемой «горячей камеры» – химической лаборатории. При проведении ПЭТ-исследования радиоактивные вещества вводятся в кровь пациентов и по сосудам достигают мозга. Здесь эти вещества поглощаются клетками определенных областей мозга, и поглощенное радиоактивное вещество испускает позитроны. Позитроны, сталкиваясь с электронами, аннигилируют с излучением двух гамма-квантов на каждое столкновение. Эти гамма-кванты регистрируются специальными датчиками, расположенными вокруг головы испытуемого, причем число столкновений прямо пропорционально активности нейронов, находящихся в соответствующем участке мозга. Иными словами, чем более активны нейроны в некоторой области мозга, тем больше радиоизотопов эта область поглощает и, следовательно, тем больший уровень гамма-излучения будет зарегистрирован из этой области. Для того чтобы восстановить распределение плотности радиоактивного вещества в трехмерном пространстве, используются специальные математические методы реконструкции, подобные тем, которые применяются в магниторезонансной томографии (МРТ). В России ПЭТ был впервые установлен в Институте мозга человека в 1990 году по инициативе Натальи Петровны Бехтеревой.
Так вот, используя это дорогостоящее оборудование, удалось подтвердить данные, полученные в отделе нейрофизиологии человека более 40 лет назад. Оказалось, что, действительно, концентрация кислорода в мозгу, измеренная с помощью ПЭТ, флуктуирует в диапазоне частот меньше 0.1 Гц, причем уровень кислорода в таких областях коры, как задняя и передняя зоны поясной извилины, претерпевает синхронные колебания, объединяющие эти области мозга в единую систему, часто называемую «дефолтной» (default) сетью мозга.
Исследования ПЭТ в психологических тестах также показали, что концентрация кислорода воспроизводимо изменяется при функциональных пробах – в точности так же, как это было показано в исследованиях ученика Натальи Петровны – В. Б. Гречина – в шестидесятых годах. Тогда Валентин Борисович регистрировал напряжение кислорода с помощью усилителей производства экспериментальных мастерских Института экспериментальной медицины Академии медицинских наук СССР, сама запись осуществлялась на чернильном самописце, а для доказательства воспроизводимости реакций мозга человека приходилось на кальке накладывать друг на друга записи, произведенные в нескольких пробах. Сейчас для этого используются сложные математические процессы реконструкции изображения, компьютерные методы усреднения и современные методы статистического анализа. Однако сущность открытого явления от этого не меняется.
Возвращаясь на сорок лет назад, хочу отметить, что уже в те годы в отделе нейрофизиологии человека использовались многообразные функциональные пробы, примерно такие же, какие сейчас используются в исследованиях ПЭТ. Одна из них – проба Бине на оперативную память. Больному предъявляли несколько цифр, которые он должен был повторить через несколько десятков секунд. Рассматривая вместе с В. Б. Гречиным вызванные реакции концентрации кислорода в ткани мозга в ответ на выполнение тестов на краткосрочную память, Наталья Петровна заметила, что некоторые области мозга реагировали изменениями метаболизма только при ошибочном выполнении тестов. С легкой руки Натальи Петровны эти области мозга были названы детекторами ошибок (Бехтерева, Гречин, 1968). Валентин Борисович провел серию изящных исследований по воздействию фармакологических агентов на детекторы ошибок и готовился к написанию докторской диссертации. Ранняя смерть в возрасте сорока лет не позволила ему довершить этот труд своей жизни. К сожалению, многие из этих работ так и остались неопубликованными.
Через несколько лет Наталья Петровна вернулась к этой теме. Тогда в качестве показателя жизнедеятельности мозга была выбрана импульсная активность нейронов, а в качестве теста – предъявление стимулов на пороге опознания. Надо сказать, что в семидесятых – восьмидесятых годах ученые возлагали большие надежды на возможность прижизненной регистрации импульсной активности нейронов мозга. Язык нейронов – это спайк (иногда его называют импульсом или потенциалом действия), который передает информацию от нейрона к другим клеткам мозга. С помощью специальных усилителей можно было регистрировать эту активность нейронов не только в экспериментах на животных, но и в исследованиях на больных с вживленными электродами. Это была уникальная возможность подсмотреть, как работают клетки мозга при функциональных нагрузках. В те годы мной был разработан психологический тест, который позволил исследовать механизмы осознанного восприятия.
Тест состоял из предъявления зрительных стимулов на пороге опознания. Экспозицию предъявления стимулов выбирали настолько короткой, что примерно в половине случаев больному не удавалось опознать стимулы. Сравнивая активность нейронов при опознании и неопознании стимулов, можно было судить о нейронных коррелятах осознанного восприятия.
Оказалось, что в некоторых случаях больные совершали ошибки, то есть называли стимулы неправильно. Нас заинтересовал вопрос: что же отличает эти случаи ошибок от случаев правильного опознания?
К нашему удивлению, в базальных ганглиях были обнаружены нейроны, которые реагировали перед тем, как человек совершал ошибку и неправильно называл стимул. Важно отметить, что во многих случаях больные, у которых регистрировалась импульсная активность нейронов, даже не осознавали свои ошибки, то есть мозг «детектировал» ошибку лучше, чем это делал сам человек. Однако наиболее неожиданным и интригующим был факт обнаружения этих нейронов не в корковых образованиях (как это можно было бы ожидать, исходя из представлений о лидирующей роли коры в мыслительных процессах), а в подкорковых структурах мозга, в частности, в базальных ганглиях.
Это было вдвойне странным, поскольку в те годы было принято считать, что основная функция базальных ганглиев заключалась в контроле движений. Возникал вопрос: если это действительно так, то почему нейроны базальных ганглиев реагируют на ошибочное действие, которое еще не осуществлено и которое впоследствии даже не будет осознано человеком? Тогда это так и осталось загадкой. Сейчас мы знаем, что базальные ганглии участвуют не только в обеспечении движений, а вовлечены в сенсорные и когнитивные функции, причем одна из функций базальных ганглий – селекция действий. Под действиями в данном контексте я подразумеваю не только просто движения, но и сенсорно-когнитивные действия, например, принятие решения о смысловой значимости стимула.
Работы по детекции ошибок того периода были представлены в двух публикациях: одна из них появилась в Докладах Академии наук СССР, другая – в международном журнале «International Journal of Psychophysiology». Интересно, что последняя работа была признана одной из лучших за 1985 год. На публикации этих работ завершился очередной период исследований детекции ошибок.
Только спустя почти двадцать лет в зарубежных исследованиях с регистрацией когнитивных вызванных потенциалов и функциональной магниторезонансной томографии были получены данные, указывающие на существование системы детекции ошибок в могу человека. В этих исследованиях, в частности, было показано, что после совершения человеком ошибки определенная область коры головного мозга, называемая передней поясной извилиной, начинает подавать сигналы об ошибке. Следует, однако, заметить, что эти данные, полученные одновременно в нескольких лабораториях мира, в определенной степени отличались от работ Натальи Петровны, не повторяя, а дополняя полученные ею данные. Действительно, корреляты ошибок в этих работах были обнаружены после совершения ошибок. Рассматривая все эти данные с единой точки зрения, можно предположить, что в мозгу существуют как нейроны-детерминаторы ошибок, которые активны перед совершением ошибки, так и собственно нейроны-детекторы ошибок, которые активируются, когда человек, сравнивая планируемое действие с реальным, осознает, что совершил ошибку.
Начиная с 2004 года мы в нашей лаборатории совместно с другими центрами в Европе решили создать нормативную базу данных для параметров ЭЭГ и вызванных когнитивных потенциалов мозга. Это был новый виток спирали, начатый Натальей Петровной в шестидесятых годах. Дело в том, что Наталья Петровна начинала свою научную карьеру как электроэнцефалографист, то есть как специалист в области ЭЭГ. В шестидесятые годы в связи с появлением надежных усилителей потенциалов ЭЭГ стала рутинной методикой, позволяющей оценить функциональное состояние мозга человека. Практически во всех неврологических клиниках стали устанавливать электроэнцефалографы. Однако единственной надежной методикой анализа ЭЭГ в те годы был визуальный осмотр записи электроэнцефалограммы на бумаге. Электроэнцефалографисты проводили долгие часы, рассматривая многометровые «простыни» – бумажные записи ЭЭГ. Человеческий глаз – надежный прибор, он позволял выявить такие патологические паттерны, как дельта волны, спайки, спайки-медленные волны и другие. Однако он не позволял компрессировать эти данные в виде спектров, функций когерентности и уж не как не мог уловить в шумообразных флюктуациях воспроизводимые потенциалы, связанные с событиями. Поэтому использование ЭЭГ в те годы ограничивалось в основном областью эпилепсии, при которой в ЭЭГ больных можно было обнаружить биологические маркеры эпилепсии, такие как комплексы спайк-медленная волна. До сих пор в некоторых учебниках можно найти такое однобокое представление об ЭЭГ.
Именно поэтому, из-за ограниченности методики ЭЭГ, в семидесятых – восьмидесятых годах Наталья Петровна основное внимание уделяла импульсной активности нейронов. Вспоминаю беседу с ней на конгрессе Международной Организации по Психофизиологии в Праге в 1986 году. Тогда в нашей группе (В. А. Пономарев, А. В. Севостьянов, М. А. Кузнецов и автор этой статьи) наряду с импульсной активностью нейронов и сверхмедленной активностью мозга мы решили регистрировать электросубкортикограмму, то есть потенциалы мозга в диапазоне ЭЭГ (0.1–70 Гц). Когда я сообщил об этом Наталье Петровне, она сказала мне, что я могу заниматься всем, чем хочу, но сама она не верит в то, что этот параметр может дать больше, чем импульсная активность нейронов.
Вскоре после этого разговора мы стали регистрировать локальные вызванные потенциалы мозга и довольно быстро убедились, что внутримозговые потенциалы мозга отражают отдельный мир, совершенно отличный от того, который отображается в потенциалах, регистрируемых с поверхности головы. Важно подчеркнуть, что по своей способности описывать локальные явления мозга внутримозговая электроэнцефалограмма приближалась к детальному описанию, даваемому с помощью методики регистрации импульсной активности нейронов.
Это открытие мгновенно оценил известный финский психолог Ристо Наатанен, с которым в девяностые годы мы начали серию исследований интересного феномена мозга – негативности рассогласования. Этот феномен он впервые открыл в 1978 году, когда сравнил когнитивные вызванные потенциалы в так называемом ODDBALL тесте. В этом тесте испытуемый слышал равномерную последовательность звуковых тонов (типа метронома), которая иногда прерывалась предъявлением тона, несколько отличного от стандартного. Сравнивая ответы мозга на стандартные и девиантные (отличающиеся) тоны, он обнаружил, что девиантные тоны генерируют добавочную волну, которую он назвал негативностью рассогласования (mismatch negativity).
Надо сказать, судьба этого открытия оказалась более удачной, чем открытий, сделанных Натальей Петровной. На протяжении последних десятилетий были опубликованы тысячи статей, посвященных негативности рассогласования, это явление сейчас используется в клинике для предсказания выхода из комы больных, а также для ранней диагностики глухоты. Сам Ристо Наатанен осознавал эту несправедливость и всегда с большим уважением относился к Наталье Петровне, называя ее самым выдающимся физиологом нашего столетия. Именно с его представления Наталья Петровна была избрана почетным членом Академии наук Финляндии.
Используя внутримозговые электроды в совместных исследованиях с финскими коллегами, нам удалось не только локализовать источник генерации негативности рассогласования, но и вскрыть механизмы этого явления. Тогда мы использовали цифровую ЭЭГ и компьютерный метод усреднения. Это был шаг вперед по сравнению с шестидесятыми годами, когда когнитивные вызванные потенциалы получались простым наложением (суперпозицией) записей ЭЭГ друг на друга.
Напомню, что психологи и нейрофизиологи уже в семидесятых – восьмидесятых годах стали выделять последовательные стадии переработки информации. Так, в экспериментах на кошках и обезьянах были выделены стадия активации вентрального зрительного пути, отвечающая на вопрос «Что?» (то есть – что значит то или иное зрительное изображение), и стадия активации дорзального зрительного пути, отвечающая на вопросы «Где?» и «Как?» (то есть – где в пространстве находится данное зрительное изображение и как можно этим предметом манипулировать).
Но как разложить когнитивные вызванные потенциалы, регистрируемые с поверхности головы, на компоненты, отражающие эти различные стадии переработки информации, было неясно. В восьмидесятых годах мы попытались использовать факторный анализ и метод главных компонент. Однако ограничения, накладываемые этими методами, были нефизиологичными, поскольку вряд ли можно было предположить, что искомые волны будут ортогональны, как этого требовал, например, метод главных компонент.
И только в конце девяностых годов появились физиологически ориентированные методы обработки данных, совершившие революцию в электрофизиологии мозга. Сейчас мы являемся свидетелями ренессанса в электрофизиологии мозга. Существует, по меньшей мере, четыре причины этого возрождения электроэнцефалографии.
Первая причина связана с недавним появлением новых методов анализа ЭЭГ, таких как техника пространственной фильтрации при коррекции артефактов, анализ независимых компонент когнитивных ВП, электромагнитная томография и некоторые другие методы.
Вторая причина заключается в относительной дешевизне современных электроэнцефалографов. Действительно, в наши дни приборы для регистрации ЭЭГ стоят от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч долларов США, что совсем недорого по сравнению с многомиллионной стоимостью оборудования для МРТ и ПЭТ.
Третья причина – значительный рост наших познаний о механизмах генерации волн спонтанной ЭЭГ и функционального значения компонентов когнитивных вызванных потенциалов.
И наконец, четвертая причина – высокое временное разрешение сигналов ЭЭГ и когнитивных вызванных потенциалов мозга. Такое высокое временное разрешение принципиально не может быть достигнуто другими техниками нейрокартирования. Действительно, методы ЭЭГ и когнитивных вызванных потенциалов обеспечивают временное разрешение сигналов в несколько миллисекунд, в то время как методы позитронно-эмиссионной томографии и магниторезонансной томографии дают временное разрешение, не превышающее 6 секунд.
Иначе говоря, мы вступили на новый виток спирали развития науки о мозге. Говоря о феномене детекции ошибок, на этом витке мы смогли получить данные, позволившие объединить в единую, стройную систему результаты, получаемые в исследованиях Натальи Петровны о детерминаторах ошибок в подкорковых структурах мозга, и результаты, полученные в исследованиях магниторезонансной томографии о детекторах ошибок. К сожалению, эти данные были опубликованы уже после смерти Натальи Петровны.
Ниже я коротко опишу эти данные, поскольку я уверен, что сама Наталья Петровна захотела бы этого. Надо отметить, что среди многочисленных тестов, используемых в нашей лаборатории для изучения мозга, есть так называемый математический тест. В этом тесте испытуемые должны совершать различные математические операции над регулярно предъявляемыми цифрами. Поскольку этот сложный тест требует предельной концентрации внимания, испытуемые довольно часто совершают в нем ошибки. Сравнивая вызванные потенциалы мозга при правильных и ошибочных выполнениях теста, мы подтвердили данные, полученные в других лабораториях. Действительно, совершение ошибки сопровождалось генерацией негативной волны, называемой негативностью, связанной с ошибкой, или просто негативностью ошибки. За этой волной следовала позитивная волна. Негативность ошибки наблюдалась после неправильного выполнения функциональной пробы спустя всего лишь 100 мс после нажатия кнопки (необходимого для определения правильности выполнения теста) и характеризовалась лобно-центральной топографией. Эти данные полностью соответствуют данным, полученным многочисленными зарубежными исследователями.
Однако, обладая современными методами обработки данных и уникальной возможностью работы с огромным числом (около тысячи) испытуемых, мы пошли дальше. Мы применили метод независимых компонент к этой огромной совокупности данных. Нам впервые удалось разложить волну ошибки на три независимых компонента.
Механизм детекции и детерминации ошибок
А – исследования конца 1960-х годов. Суперпозиция вызванных изменений напряжения кислорода в тесте на оперативную память. Регистрация с помощью вживленных электродов. Справа – типичный «детектор» ошибки в хвостатом ядре мозга (из книги: Бехтерева Н. П. Нейрофизиологические аспекты мыслительной деятельности. Л.: Наука, 1971);
Б – исследования начала XXI века. Независимые компоненты когнитивных вызванных потенциалов мозга при тесте на математические операции. Регистрация с помощью накожных электродов. Слева – топография компонента, справа – электромагнитная томография низкого разрешения, в центре – временная динамика компонента при правильном и ошибочном выполнении теста (из книги: Kropotov J. D. Quantitative EEG, event related potentials and neurotherapy – Academic Press, Elsevier: 2009).
Как видно из рисунка, негативность ошибки в действительности состоит из трех независимых компонентов, один из которых генерируется в дорсальной (когнитивной) части передней поясной извилины, а другой генерируется нейронами в задней части поясной извилины. Третий компонент генерируется в премоторной области коры за несколько сотен миллисекунд до совершения ошибки. Он локализован в части коры, которая является корковым выходом базальных ганглиев. Как видим, круг замкнулся: детерминаторы ошибок, обнаруженные Натальей Петровной в базальных ганглиях, отражаются в компонентах вызванных потенциалов, генерируемых в премоторной коре, в то время как детекторы ошибок, свидетельствующие о совершенной ошибке и вносящие вклад в негативность ошибки, локализованы в поясной извилине.
Мы не будем здесь подробно останавливаться на теории, которая может быть основана на этих данных. Для нас важно то, что феномен детекции ошибок, впервые открытый Натальей Петровной, показал существование в мозгу специальной системы, в которой ожидаемые действия сравниваются с реальными действиями и в которой полученный сигнал рассогласования используется для последующей коррекции поведения.
Как известно, нет ничего более практичного хорошей теории. Поэтому разработанная Натальей Петровной теория и факт наличия нейронов-детекторов ошибок в поясной извилине позволили подвести нейрофизиологическую основу для применения стереотактической цингулотомии при навязчивых состояниях. Современная цингулотомия – это стереотактическая операция, при которой осуществляется криодеструкция небольшой зоны поясной извилины. Предполагается, что нейроны-детекторы ошибок гиперактивированы у больных с навязчивыми состояниями. Активность этих нейронов заставляет таких больных вновь и вновь корректировать свои действия, которые, по сути, не являются ошибочными, Например, гиперактивность нейронов поясной извилины активирует двигательные нейроны мозга, заставляя больного навязчиво мыть руки до крови, несмотря на то что руки идеально чистые.
В Институте мозга человека выпонены десятки таких стереотактических операций на больных с навязчивыми состояниями, в результате больные смогли вернуться к нормальной жизни. Успехи этих операций позволили ученикам Н. П. Бехтеревой применить цингулотомию для коррекции навязчивых состояний у больных с героиновой зависимостью. Авторы этой методики – Святослав Всеволодович Медведев, Андрей Дмитриевич Аничков и Юрий Израилевич Поляков – ученики Натальи Петровны.
В последние годы феномен детекции ошибок был одной из любимых тем Натальи Петровны. На своем 80-летнем юбилее она выступила с докладом на эту тему в Санкт-Петербургском научном центре. Председательствовал лауреат Нобелевской премии по физике академик Жорес Алферов. Доклад как всегда был сделан блестяще. И нужно было видеть, как горели глаза у этой, уже немолодой, женщины! Об этих глазах нужно сказать отдельно.
Впервые я встретился с Натальей Петровной в начале 1972 года, когда после окончания физического факультета Ленинградского государственного университета был принят в аспирантуру. Экзамен мне пришлось сдавать самой Наталье Петровне, причем на английском языке. Потом она стала говорить о проблеме изучения психики с помощью физиологических методов. Я и сейчас помню, каким энтузиазмом горели у нее тогда глаза. Эти глаза производили двойственное впечатление. С одной стороны, это были голубые глаза восторженной, романтически настроенной девушки, которая верит, и верит безоглядно, а с другой стороны, это были бездонные синие глаза умудренного опытом мыслителя, знающего значительно больше, чем все окружающие, и делавшего над собой усилия убедить в своей правоте этих других.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Читайте также
ЕВРОПЕЙСКАЯ «КОМЕДИЯ ОШИБОК»
ЕВРОПЕЙСКАЯ «КОМЕДИЯ ОШИБОК»
Страны Старой Европы возлагали огромные надежды на смену власти в Вашингтоне: неудивительно, что во время предвыборной кампании в США их захлестнула волна «обамамании». И первое время после выборов эти надежды еще сохранялись. Например,
18.1. Истоки всех ошибок
18.1. Истоки всех ошибок
Если искать метафору, кратко и емко характеризующую роль и место философии в системе образования, то можно сказать, что философия во многом аналогична камертону. С одной стороны, на камертоне невозможно исполнить даже самую простенькую мелодию, а с
Характер ошибок прогнозирования
Характер ошибок прогнозирования
Как и многие биологические переменные, ожидаемая продолжительность жизни — величина среднестанская, то есть подчинена рядовой случайности. Она не масштабируема, так как чем старше мы становимся, тем меньше у нас шансов жить дальше. В
Экономика ошибок
Экономика ошибок
В феврале 2004 года президент Соединенных Штатов Джордж Буш круто обошелся с собственным экономическим советом, отказавшись публично поддержать его прогноз, согласно которому в том году в стране появится 2600000 новых рабочих мест. Но, как писала «Вашингтон
Вместо проб и ошибок
Вместо проб и ошибок
Давление, которое оказывает общество в стремлении повысить безопасность и предотвратить нежелательные случайности при взаимном загрязнении пищевых продуктов, обоснованно и, безусловно, полезно. Но попытки вообще запретить генетически
ОЧЕРЕДЬ КАК ПОРОЖДЕНИЕ ОШИБОК
ОЧЕРЕДЬ КАК ПОРОЖДЕНИЕ ОШИБОК
Спецы по научному и «сверхнаучному» коммунизму вводили в нас инъекции страха. Мы попали в ловушку, из которой неимоверно сложно выбраться. Дефицит породил постоянного спутника очереди. (Приехал француз в Москву, пишет в Париж: «Странная,
Сын ошибок трудных
Сын ошибок трудных
Однако то, что братья продали свою компанию, отнюдь не означало, что они распрощались с идеей построить собственный бизнес. Николай и Федор снова пошли «горбатиться на кого-то», но, как они хором утверждают, исключительно для того, чтобы научиться вести
Исправление ошибок
Исправление ошибок
Состоялось вручение литературной премии «Большая книга». Церемония проходила в Доме Пашкова, с каменной террасы которого булгаковские Воланд и Азазелло некогда взирали на взбудораженную нечистой силой Москву. Удивительно ли, что и на этот раз не
У меня ВИЧ. Не повторяйте моих ошибок
У меня ВИЧ. Не повторяйте моих ошибок
С того момента, как я окончательно принял себя таким, какой я есть, начал анализировать жизнь. Задавался вопросом, когда это проявилось впервые, много читал, пытался вспомнить. Ведь ходят разные мнения, одни говорят, что ориентация
Метод проб и ошибок
Метод проб и ошибок
Если ньюйоркцы поздно женятся, на что же они, спрашивается, тратят все свои лучшие годы? Неужели живут бирюками, не видя ничего, кроме экранов компьютера и унылых лиц коллег по офису? Ничего подобного. Они, как и все молодые американцы, ходят
Теория «ошибок»
Теория «ошибок»
«На случай «ошибок» у нас была заготовлена довольно эффективная тактика. Чаще всего мы знали о причинах и истинных последствиях подобного рода ошибок. Чтобы усыпить общественное мнение, мы говорили, что ведем расследование, что версий много. Правду мы
Война ошибок не прощает
Война ошибок не прощает
Они сражались за Родину Война ошибок не прощает
ПОБЕДИТЕЛИ Гибель авиации Западного фронта в первые дни войны
После мощной артиллерийской и авиационной подготовки (более 50% всех сил) на рассвете 22 июня 1941 г. немецкие войска вторглись на
И опыт, сын ошибок трудных
И опыт, сын ошибок трудных
Владимир Сапрыкин. Ценности социализма. — М.: ООО «Издательство «Алгоритм», 2014. – 480 с. – 1000 экз.
Ещё четверть века назад вопрос об общественных ценностях был предметом лишь академической элиты, саму же аксиологию (науку о ценностях) называли
Время подвигов и ошибок
Время подвигов и ошибок
Полевое трёхдюймовое орудие на позиции у Ремерсгофа. Июль 1916 г. Прошёл общественно-научный форум «Первая мировая война в контексте современной мировой политики». Форум был организован Постоянным комитетом Союзного государства России и Беларуси
Почему у нас не было ошибок
Почему у нас не было ошибок
То есть совсем без ошибок , конечно, не обходилось. У журналистов есть даже поговорка на сей счёт: «Пока будут газеты, будут и ошибки». А в холле здания ООН висит гигантский ковёр с сложнейшим строго симметричным рисунком. В одном лишь месте,
Детектор Ошибок
Мозговое Обеспечение Лжи
В течение последнего десятилетия тема мозгового обеспечения лжи и психофизиологических способах ее детекции привлекала большой интерес. Во многом этому способствовало развитие методов функциональной нейровизуализации. Однако, несмотря на активные исследования этого вопроса, с применением современных техник регистрации активности мозга (позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), вызванные потенциалы (ВП) и т.д.) до сих пор нет ясности в понимании того, как мозгом обеспечивается ложь. Можно ли, с точки зрения работы мозга, рассматривать ложь как отдельный вид деятельности (в противопоставлении к правде), а значит предлагать нейробиологическое объяснение (или модель) этого феномена? Или правильней было бы считать ложь просто более ресурсо-затратным видом деятельности (по сравнению с правдой) в терминах процессов внимания, принятия решения, прогнозирования возможных последствий в случае раскрытия (например, репутационных рисков) и т.д.? Отсутствие четких ответов на эти вопросы в сочетании с методическими особенностями и ограничениями применяемых методов нейровизуализации, обуславливает отсутствие общепринятого мнения относительно того, насколько наблюдаемые в исследованиях изменения мозговой активности могут однозначно свидетельствовать о том, что человек лжет.
Для решения этих вопросов нами было разработано специальное тестовое задание, за основу которого был взят принцип карточной игры «верю/не верю» – действия испытуемого были направлены на то, чтобы оппонент (компьютер) поверил в ложь и не поверил правде. Ключевой особенностью данного тестового задания являлось то, что испытуемый манипулировал действиями оппонента, самостоятельно и осознанно принимая решение лгать или нет.
В результате нами (методом вызванных потенциалов (ВП) было получено доказательство участия мозгового механизма «детекции ошибок» (ДО) в процессах обеспечения сознательных ложных действий. Было показано, что ложное действие, несмотря на его выгодность для субъекта, детектируется как некорректное – т.е. приводит к активации мозговой системы ДО. Дальнейшее исследование особенностей механизма ДО путем модификации режима его работы с помощью алкоголя выявило радикальное изменение реакции на ложь – инвертированное, по отношению к норме, сочетание амплитуд соответствующих компонентов вызванных потенциалов. Это явилось свидетельством нарушения процессов автоматического контроля вызванное алкоголем, когда ложное действие не воспринимается как некорректное.
Далее, уже с использованием методов ПЭТ и, затем, функциональной МРТ было установлен ряд фактов. Было показано, что, во-первых, и ложные и правдивые действия обеспечиваются в рамках единого набора мозговых областей – префронтальная кора, поясная извилина, ассоциативная моторная кора, а также теменные области коры. Во-вторых, было установлено, что специфическую связь именно с ложными действиями демонстрирует функциональная активность в области хвостатых ядер. Это именно та область, при регистрации физиологической активности в которой (напряжение кислорода) впервые в мировой практике, в 1968 г. Н.П. Бехтеревой и В.Б. Гречиным было продемонстрировано экспериментальное доказательство существования мозгового механизма детекции ошибок. Тем самым нами уточнена структурно-функциональная организация мозговой системы детекции ошибок при намеренных некорректных действиях – область передней поясной извилины обеспечивает постоянный мониторинг действий, а срабатывание на ложь характеризуется дополнительным вовлечением хвостатого ядра.
Затем, базируясь на разрабатываемой в нашем институте концепции ДО как одного из базисных механизмов организации работы мозга в норме и, что важно, при патологических состояниях, был проведен анализ изменений функционального состояния переднего отдела поясной извилины (ПБ 24,32), который является ключевым элементом системы детекции ошибок, у пациентов с синдромом навязчивых состояний (обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР)) и болезнью Альцгеймера. Оценивались патологические изменений локальной скорости метаболизма глюкозы (СМГ) методом ПЭТ. В результате было выявлено снижение СМГ относительно нормы в этой области, т.е функциональное состояние поясной извилины в покое при этих заболеваниях не соответствует критериям нормы. В этом случае хирургическое воздействие оказывается именно на очаг патологической активности. Возможно, требует уточнения классическое представление о функциональном стереотаксисе как о способе коррекции состояния с помощью воздействия только на морфологически и функционально интактные структуры мозга, участвующие в формировании патологического. Стереотаксическая цингулотомия устраняет очаг патологической активности, что объясняет высокую эффективность таких операций и отсутствие послеоперационных нарушений мозговых функций и изменений личности пациента.
Текущая страница: 27 (всего у книги 28 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]
Детектор ошибок.
История, настоящее, перспективы
Лекция, прочитанная на 12-м конгрессе
Международной организации по психофизиологии. Салоники, 2004 г.
Н. П. Бехтерева, Н. В. Шемякина, М. Г. Старченко, С. Г. Данько, С. В. Медведев
Конец ХХ и начало XXI века без какого бы то ни было преувеличения могут быть охарактеризованы как «золотой период», и прежде всего – в плане изучения структурно-функциональной организации мозга. В этой, несомненно, важнейшей задаче в познании мозга и мозга человека в частности к настоящему времени получено множество принципиально новых сведений. На современном методическом уровне, созданном новыми технологиями и модернизацией так называемых старых, строятся все более близкие к реальности представления об организации мозга, и могут быть заново осмыслены сейчас почти «древние» теории локализационизма и холизма.
Однако действительное понимание того, как работает мозг, прежде всего – мозг человека, невозможно без проникновения в собственно механизмы мозга, в механизмы того, как мозг использует это свое огромное структурно-функциональное богатство. В открытии общих механизмов мозга, несомненно, центральная роль принадлежит таким корифеям прошлого, как И. М. Сеченов, И. П. Павлов, В. М. Бехтерев. Здесь имеются в виду ставшие уже классическими приложения рефлекторной теории к работе мозга и создание представлений об условных рефлексах, об анатомо-физиологической сущности сочетательных рефлексов.
Современные представления об общих механизмах работы мозга невозможно представить себе и без открытий активирующих систем (Moruzzi, Magoun, 1949). Многочисленные исследования вопроса внесли ряд корректив в первоначальные построения, однако основная идея этого важного мозгового механизма полностью прошла проверку временем. Представления об осуществлении деятельности мозга на основе меченых линий (Е. Н. Соколов, 1979), способствующие пониманию реализации целого ряда функций у низших животных и относительно простых функций у высших, были дополнены в плане понимания механизма осуществления высших функций концепцией о мозговой структурно-функциональной системе с жесткими и гибкими звеньями. Эта концепция создала новый подход для понимания базовых механизмов высших психических функций. Были также выдвинуты и подтверждены представления о защитных механизмах мозга и ряд других, открывающих возможности понимания механизмов не только здорового, но и больного мозга (Бехтерева, 1966, 1980).
Однако то, что мы сегодня знаем о механизмах мозга, все еще несопоставимо с огромным массивом данных о его структурнофункциональной организации. В связи с этим в понимании механизмов реализации деятельности здорового и больного мозга следует подчеркнуть важность изучения явления (феномена) детекции ошибок, открытого нами в 1968 году (N. P. Bechtereva, V. B. Gretchin, 1968) и являющегося сейчас предметом огромного числа работ.
История вопроса
В конце 1960-х годов в клинико-физиологических исследованиях у тех больных, которым по лечебно-диагностическим необходимостям вживляли долгосрочные электроды, многоплановый контроль за безопасностью пациентов обеспечивался регистрацией всех возможных физиологических показателей жизнедеятельности мозга в покое и при проведении различных, в том числе психологических, проб. Именно в этих исследованиях и было обнаружено, что физиологическая активность мозга в одних различных его зонах могла практически не изменяться или меняться невоспроизводимо (недостоверно), в других – меняться воспроизводимо, причем независимо от качества реализации психологического теста, в третьих – меняться также воспроизводимо, но различно избирательно, в зависимости от того, правильно или ошибочно выполнен психологический тест. Кроме того, было показано (Bechtereva, Grechin, 1968), что в нескольких зонах мозга физиологическая активность менялась воспроизводимо только при ошибочных выполнениях тестов (рис. 1, 2).
Феномен был описан нами в 1968 году, а «внутрилабораторное» название его «детектор ошибок» было введено нами в научную литературу в 1971 году (Н. П. Бехтерева, 1971, 1974, 1978).
Рис. 1. Различная воспроизводимая динамика наличного кислорода во время правильного (нижняя кривая) и неправильного (верхняя кривая) выполнения психологического задания.
I – выполнение задания; II – удерживание в памяти; III – ответ
Рис. 2. Динамика наличного кислорода во время правильного и неправильного выполнения заданий. А – воспроизводимые изменения наличного кислорода во время правильного выполнения тестовых заданий и отсутствие воспроизводимых изменений во время ошибочного выполнения. В – отсутствие воспроизводимых изменений наличного кислорода во время правильного выполнения заданий и наличие воспроизводимых изменений во время ошибочного выполнения заданий: I– выполнение задания; II—удержание в памяти; III – ответ
Этим термином мы обозначили нейронные популяции, избирательно или исключительно реагирующие на ошибочное выполнение психологического теста. Реакция такого рода была обозначена нами как детекция ошибок, а сам феномен – как отражение активности детектора ошибок. Детекция ошибок была зарегистрирована на основе воспроизводимых перестроек динамики наличного кислорода (напряжения кислорода) и позднее импульсной активности нейронных популяций в подкорковых структурах (n. caudatus, globus pallidus, c. medianum th, n. ventrolateralis th), а затем и в коре (Поле Бродманна 1–4, 7, 40).
Пациенты не всегда осознавали ошибочность ответа. Достаточно тонкий физиологический показатель – динамика импульсной активности нейронных популяций, которую мы начали исследовать позднее, – позволил нам наблюдать воспроизводимые изменения частоты разрядов в различные фазы ошибочного выполнения пробы.
Существенная разница динамики импульсной активности нейронов на предъявление различных, и в том числе намеренно искаженных, вербальных проб была зарегистрирована в области ВА 46/10 (Abdullaev, Bechtereva, 1993), хотя именно в этом случае можно было думать и об отражении в наблюдаемой реакции значения семантической составляющей проб.
В соответствии с полученными нами данными хочу отметить возможные перспективы развития новых работ, в частности, Ojemann (2003), Ojemann и коллег (2004). Эти авторы получили «элегантные» результаты при прямой регистрации нейронной активности у пациентов с височной эпилепсией во время операции. Были зарегистрированы различные реакции, отражающие правильное и неправильное выполнение психологического задания.
На основе множественности обнаружения таких зон в мозгу нами было высказано предположение о системном характере процесса, о существовании мозговой системы детекции ошибок. Общие изменения биоэлектрической активности мозга, развивающиеся соотносимо по времени с детекцией ошибок, легли в основу предположения, и в дальнейшем – концепции о возможной связи детекции ошибок с процессами оптимизации функционального состояния мозга (Bechtereva, Gretchin, 1968; Bechtereva, 1978, 1984, 1987, 1988, 1997; Bechtereva, Kropotov, 1986; Bechtereva et al., 1990, 1991, 2004).
Некоторые из этих работ опубликованы сравнительно недавно, однако методологически приведенные выше находки относятся к фазе первого прорыва ХХ века в изучении мозга человека (Н. П. Бехтерева, 1997). Как известно, эта фаза определялась возможностями лечебно-диагностического, прямого, точечного контакта с мозгом человека, возможностями получения многих точных сведений о различных состояниях и свойствах отдельных зон мозга.
Настоящее
Технологическая революция 80–90-х годов ХХ века, развивающаяся и сейчас, определила второй прорыв в возможностях изучения мозга, получение сведений уже о структурнофункциональной организации всего мозга.
Новые технологии, как и модернизация уже существующих, вносят свой вклад в исследование мозговых механизмов, в частности, мозгового механизма детекции ошибок. В последние декады ХХ и первые годы ХХI века феномен детекции ошибок стал одной из центральных тем для изучения в науке о мозге.
Исследования феномена детекции ошибок в последние годы наиболее интенсивно проводятся в США (Badgaiyan, Posner, 1998; Scheffers et al., 1996; Carter et al., 1999; Hajcak, Simons, 2002; Gehring et al., 1993; Gehring and Knight, 2000; Mathalon et al., 2003 и многие другие) и Германии (Falkenstein et al., 1997, 2001а, б; Johannes et al., 2001; Muller et al., 2003; Ullsperger, Von Cramon, 2001, и многие другие). Пока еще отдельные работы проведены в лабораториях Англии (Rubia et al., 2003), Ирландии (Garavan et al., 2002, 2003), Японии (Hiroaki Masaki et al., 2001), Канаде (Alain et al., 2000), Франции (Vidal et al., 2000).
Методически характерным для этих исследований является проведение их исключительно с помощью методики вызванных потенциалов (ВП).
Массивность и прицельность работ по изучению детектора ошибок с помощью метода вызванных потенциалов, в том числе и в сочетании с магниторезонансной томографией, принесла много важнейших сведений о пространственной и временно́й организации детектора ошибок. Современная техника (имеется в виду метод построения диполей) позволила говорить о наибольшем постоянстве реакции детекции ошибок в передних отделах цингулярной извилины (АСС), а по некоторым данным – и в задних отделах цингулярной извилины.
Большое количество работ, проведенных в сходных, а зачастую и идентичных условиях, обнаружило много общего, особенно в отношении существования самого феномена, но все же не привело к полной однозначности результатов, а использование разных психологических методик, естественно, усугубило их разнообразие (табл. 1, 2).
По тому количеству накапливаемой информации, которое происходит в указанной проблеме, «взрыв» интереса к явлению детекции ошибок едва ли можно переоценить. Он принес чрезвычайно ценные и важные данные для выяснения пространственных и временны́х проявлений феномена.
Таблица 1
Примеры зон, связанных с реакциями на выполнение ошибочных действий
Таблица 2
Примеры латентностей реакций на ошибки
В некоторых работах показана возможность вовлечения зон передней поясной извилины (ACC) в детекцию ошибок (феномены ERN – error related negativity, Ne – error negativity, Pe – error positivity), но также и в процессы правильного выполнения заданий (CRN – correct related negativity), как описано у Ullsperger and von Cramon (2001).
Процитированные выше исследования делают акцент на связи детекции ошибок с зонами передней поясной извилины. При этом другие зоны мозга обычно упоминаются, но без обсуждения их роли для феномена детекции ошибок, вероятно, поэтому и не подчеркивается системная природа механизма детекции ошибок в мозгу.
В использованной нами литературе мы не обнаружили данных о прямой регистрации электрической активности от зон поясной извилины в ситуации детекции ошибок.
В связи с клинической целесообразностью в Институте мозга человека РАН проводился сравнительный анализ средних амплитуд целостной ЭКоГ непосредственно с передних областей цингулярной извилины (АСС) справа и слева, а также с внутренней капсулы у больной Б. с болезнью Жиль де ла Туретта. С целью воздействовать на такие проявления болезни, как тики, гиперкинезы, спонтанные вокализации, больной ввели долгосрочные электроды (нейрохирург А. И. Холявин, стереотаксическое наведение – А. Д. Аничков) в передние области цингулярных извилин и внутреннюю капсулу. Для этой больной нами был сделан анализ параметров ЭкоГ в ответ на правильное и неправильное слуховое предъявление известных пословиц и поговорок (пословицы предварительно были записаны на диктофон). Целесообразность проведения данной когнитивной пробы была связана с оценкой состояния пациента, того, как электрические стимуляции указанных структур влияют на когнитивную деятельность, какова чувствительность указанных структур к стимуляции и каково влияние точечных лизисов. Исследование проводилось следующим образом. Пациент получал инструкцию: внимательно прослушать пословицу или поговорку и после (не раньше!) специального звукового сигнала дать ответ «Да» (если пословица была прочитана правильно) или «Нет» (если пословица была прочитана неправильно и содержала смысловую ошибку).
В одной серии предъявлялось 30 пословиц, 15 из которых содержали ошибки, а 15 произносились без ошибок. Одновременно производилась запись непрерывной ЭкоГ. Анализу подвергались отрезки времени от начала предъявления пословицы до звукового сигнала.
Как уже упоминалось, регистрация ЭКоГ осуществлялась от электродов, расположенных в области цингулярных извилин и внутренней капсулы (для цингулярной извилины ПБ 24 слева и справа – определяли по атласу Талейрака). Были обнаружены различия реакций ЭКоГ на правильное и неправильное слуховое предъявление общеизвестных пословиц в указанных зонах (табл. 3).
Результаты приведены без разбиения ЭкоГ на диапазоны, эквивалентные диапазонам ЭЭГ. Сравнение средних амплитуд ЭкоГ для анализируемых структур производилось с помощью Wilсохon matched paires test (при p<0,05).
Как видно из таблицы, до стимуляции зон цингулярной извилины средняя амплитуда ЭКоГ на правильное предъявление общеизвестных пословиц была меньше в зонах левой поясной извилины, зонах левой и правой внутренней капсулы. В зонах правой цингулярной извилины средние амплитуды на правильное и неправильное слуховое предъявление общеизвестных пословиц достоверно не отличались. После стимуляции зон левой цингулярной извилины принципиальных различий с тем, что наблюдалось до электрической стимуляции, не возникло (см. табл. 3).
Таблица 3
Результаты сравнения средних амплитуд целостной ЭКоГ при опознавании правильного и неправильного звучания общеизвестных пословиц
После электрической стимуляции зон правой цингулярной извилины в зонах левой цингулярной извилины и внутренней капсулы, а также правой внутренней капсулы значения средних амплитуд на правильное предъявление общеизвестных пословиц стали достоверно больше, чем на неправильное предъявление пословиц (знак эффекта поменялся на противоположный). В самой же правой цингулярной извилине различия остались статистически недостоверными (рис. 3).
Таким образом, прямая регистрация активности цингулярной извилины подтвердила наличие избирательной реакции на ошибочное выполнение пробы, то есть четкое наличие феномена детекции ошибок в данной зоне. Более того, данные, связанные с электрической стимуляцией, продемонстрировали и возможность функциональных перестроек, таких как подавление детекции ошибок, выявленное после точечной стимуляции передних отделов правой цингулярной извилины.
Рис. 3. Обозначение зон поясной извилины, в которых наблюдались различия в мощности ЭкоГ во время правильного и неправильного звучания общеизвестных пословиц и поговорок (до и после лечебных электрических стимуляций)
В продолжение наших ранних исследований детекции ошибок в Институте мозга человека развиваются прикладные и фундаментальные исследования вопроса. К практическому применению сведений о данном мозговом механизме позволили перейти уточненные данные о преимущественной локализации в мозгу зон детекции ошибок и представления о возможности функционального преобразования гиперактивного детектора ошибок в детерминатор ошибок, независимо от ситуации, сигнализирующей об ошибке (Медведев и др., 2003). В Институте выполнено более 350 стереотаксических операций двусторонней цингулотомии с помощью точечной криодеструкции (нейрохирург С. В. Можаев, стереотаксическое наведение А. Д. Аничков) у больных с обсессивно—компульсивным синдромом при наркоманиях. Положительный эффект наблюдался более чем в 60 %. Отсутствие психических дефектов после операций в этом случае косвенно свидетельствует в пользу выдвинутого нами ранее принципа системной мозговой организации детекции ошибок.
В последние годы результаты применения точечного разрушения передних отделов цингулярной извилины, осуществляющиеся на основе концепции о роли гиперактивности детектора ошибок в патофизиологии обсцессивно-компульсивного синдрома и некоторых других психических заболеваний, были опубликованы Devinsky и сотр. (1995), Swick and Turken (2002)., Ulsperger et al., 2002; Laurens и сотр. (2003), Ursu и сотр. (2003), Muller и сотр. (2003).
Надо сказать, что, несмотря на известную «сфокусированность» работ по исследованию детекции ошибок на электрофизиологическом выражении феномена и акцентированию его приоритетной пространственной привязанности к АСС, в подавляющем большинстве работ подчеркивается важнейшее значение данного мозгового механизма в реализации поведения (Garavan и сотр., 2002; Kerns и сотр., 2004).
Условия обнаружения детекции ошибок в наших и других исследованиях свидетельствовали о том, что функциональной сущностью детекции ошибок является рассогласование с возможным планом действий, релевантной матрицей памяти. В этой трактовке феномен детекции ошибок теснейшим образом сближается с феноменом рассогласования (так называемым «Mismatch Negativity» феноменом), описанным и подробно изученным в лаборатории R. Naatannen (см.: Naatanen, 2003).
Возможности и перспективы
Дальнейшая расшифровка физиологической сущности и роли механизма детекции ошибок в мозговой деятельности рассматривается нами как приоритетная задача фундаментальной науки в проблеме «Мозг Человека». Широкое, многоплановое дальнейшее изучение потенциала феномена детекции ошибок («его прав и обязанностей») как общего механизма мозга оказалось возможным, прежде всего, в связи с многочисленностью убедительных свидетельств реальности и надежности проявления феномена. Важно подчеркнуть, что именно приведенные выше свидетельства его реальности позволили изучать влияние этого важнейшего мозгового фактора в условиях, закономерно вызывающих его к жизни, но уже без обязательной одновременной регистрации нейрофизиологического выражения его местных проявлений. Это, как вполне понятно, позволило существенно расширить методические условия работы.
Именно таким образом и было предпринято нами изучение возможного влияния детекции ошибок в вербальном творчестве. Исследование и уточнение роли детектора ошибок в творческом процессе представляет особый интерес, так как по условиям его обнаружения предполагалось, что сигнализация «отхода от известного» должна играть отрицательную, угнетающую роль в деятельности, где важнейшим является фактор новизны (Bechtereva, 1978).
В развитие многолетнего изучения мозговой организации мыслительной деятельности в Институте мозга человека в последние годы (Bechtereva et al., 2004) проведено полиметодическое исследование мозговой организации наиболее сложного ее вида – деятельности творческой. На основе анализа ЭЭГ показано достоверное наличие местных и общих перестроек мозговой активности при реализации соответствующих вербальных психологических тестов. С помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) в теменно-височной области левого полушария обнаружены зоны, имеющие приоритетное значение для вербального творчества (ПБ 39, 40).
Одновременно обнаружено множество мозговых зон, «обслуживающих» вербальное творчество, то есть описана в основных чертах мозговая структурно-функциональная система организации вербального творчества, что позволило поставить задачу изучения собственно его мозговых механизмов. Исследования, о которых речь пойдет ниже, соединяют две приоритетные линии наших работ – мозгового механизма детекции ошибок и мозговой организации творческой деятельности. В связи с нашими априорными представлениями (см. выше) о том, что активация детекции (детектора) ошибок противостоит творческому процессу, ограничивает выход за рамки (матрицу) уже известного, нами было предпринято психофизиологическое исследование материального (мозгового) выражения этого угнетающего влияния детектора ошибок на вербальное творчество. При такой постановке вопроса мы получали реальную возможность в дополнение к ранее проведенным работам исследовать разные проявленияактивности детектора ошибок, и в частности свойственную некоторым мозговым механизмам и зависящую от конкретной ситуации поливалентность (в данном случае – положительную роль как сигнала об ошибке, отрицательную – как поддерживающего психопатологические проявления при наркоманиях, ограничительную роль в творческом процессе и т. д.).
При дальнейшем изучении детектора ошибок, по-видимому, имеет смысл не забывать о поливалентности многих мозговых механизмов и a priori исключать еще одну его возможную роль в поведенческом контроле и, в частности, в обеспечении нетривиальности и плодотворности творчества. Именно здесь, однако, в экспериментальном решении этой частной задачи, как вполне понятно, могут встретиться значительные методические трудности, прежде всего, в конструировании адекватных психологических тестов.
Исследования мозговых механизмов влияния активации детекции ошибок в вербальном творчестве проводились на группе здоровых испытуемых (25 человек: 14 девушек, 11 мужчин, средний возраст – 23 года). ЭЭГ регистрировалось с поверхности головы испытуемых от 19 отведений, расположенных согласно международной системе 10–20 % в момент выполнения специально разработанных заданий.
Тест состоял из двух пар заданий. В основном тестовом задании (творческое, Тв) испытуемым предъявлялись общеизвестные пословицы и поговорки с отсутствующим последним словом; требовалось вместо пропущенного слова придумать вариант окончания пословицы, возможно более радикально меняющий ее смысл. Контрольное задание (К) в целом было аналогично основному; отличалось требованием вспомнить и назвать недостающее в пословице слово. В тест входили еще два задания, такие же задания, что и в случаях Тв и К, однако тексты пословиц и поговорок в этих заданиях были написаны с орфографическими ошибками (характер ошибок – переставленные буквы или замена одной буквы на другую, т. е. длина слов не изменялась), что предполагало обязательную активацию детектора ошибок (соответственно задания ТвД и КД). Волонтерам требовалось не только выполнить инструкцию к заданиям Тв или К, но и определить количество орфографических ошибок в написании текстов пословиц или поговорок (одна, две, ноль).
В этом исследовании были проанализированы изменения локальной мощности ЭЭГ в различных диапазонах. Статистический анализ данных был осуществлен при использовании дисперсионного анализа ANOVAдиапазон×состояние×зона по плану персональных сравнений (within-subject design). Для иллюстрации различий в отдельных зонах мы использовали post-hoc-анализ с применением LSD критерия Фишера (p<0,05). Достоверные различия были выявлены в ЭЭГ не только для сравнения Тв–К, но и в контрасте ТвД–К. Достоверные различия были представлены в основном в бета-2 (18,5–30 Гц)– и гамма (31–40Гц)-диапазонах ЭЭГ (рис. 4).
Рис. 4. Изменения мощности ЭЭГ при выполнении творческих заданий «в» и «без» условий внешнего вовлечения в процесс детекции ошибок (p <0,05). Тв – творческое задание; К – задание на воспроизведение из долговременной памяти; ТвД – творческое задание при внешней активации детекции ошибок; КД – задание на воспроизведение из долговременной памяти при внешней активации процесса детекции ошибок треугольник, направленный вверх/вниз, – мощность ЭЭГ была больше/меньше в первом задании из двух сравниваемых
ЭЭГ испытуемых, зарегистрированные в условиях инициации творческой деятельности при корректном предъявлении текстов, характеризовались синхронизацией в гамма-диапазоне практически по всей поверхности коры и синхронизацией в бета2-диапазоне в ассоциативных зонах коры. Активация детектора ошибок (в задании ТвД) привела к исчезновению этого эффекта (сравнения ТвД–К, ТвД–Тв). Корреляты детекции ошибок при сопутствующем решении творческой задачи (сравнение ТвД– Тв) характеризовались локальной десинхронизацией в гаммадиапазоне ЭЭГ в большинстве зон коры. Похожие, но более слабые эффекты были получены в бета-2-диапазоне.
Одно из будущих направлений наших исследований – это разделение эффектов направленного внимания и, собственно, детекции ошибок. Наши начальные результаты выглядят весьма многообещающими, однако они требуют дальнейшего анализа для более детального обсуждения
В заключение следует отметить, что мы ни в коем случае не стараемся умалить важность возможного прогресса в исследованиях негативности, связанной с совершением человеком ошибочных действий (ERN), или других, связанных с событием феноменов в проблеме детекции ошибок. Однако исследование сущности детекции ошибок как общемозгового механизма с применением полиметодического подхода имеет много преимуществ. Мы рассматриваем наши последние результаты как многообещающий шаг в исследованиях роли детекции ошибок в различных видах мыслительной деятельности человека и надеемся на возможность подтверждения гипотезы о детекции ошибок как одном из общемозговых контролирующих механизмов.
Феномен детекции ошибок
Феномен детекции ошибок
Все мы знакомы с такими явлениями, когда не выключенный дома утюг вдруг всплывает в нашей памяти и не дает нам покоя, когда, совершив поступок, мы вдруг с сожалением осознаем, что это был неверный шаг, и мучаемся, с горечью осознавая ошибку… Во всех этих случаях в мозгу активируется особая группа нейронов – так называемые детекторы ошибок. Говоря об этом явлении, впервые открытым Натальей Петровной, интересно проследить историческое развитие этого открытия. Дело в том, что Наталья Петровна занималась этой проблемой на протяжении всей своей жизни. И на разных этапах ею использовались именно те показатели мозга, которые были доступны ученым в те исторические времена.
В конце шестидесятых годов в качестве физиологического параметра жизнедеятельности мозга выступала доступная и легкая в анализе методика регистрации концентрации кислорода в головном мозгу. Методику реализовал в рамках комплексного подхода Валентин Борисович Гречин, ученик Натальи Петровны. Заключалась она в том, что на золотые (поляризующиеся) электроды, вживленные в ходе стереотаксической операции в мозг больного, подавалось небольшое отрицательное напряжение –0.63 вольта. При этом на границе электрод – среда мозга начинали протекать сложные окислительно-восстановительные процессы, при которых ток, проходящий через электрод, оказывался пропорционален концентрации кислорода в окружающей среде. Анализируя флюктуации напряжения кислорода в мозгу с помощью этой полярографической методики, Валентин Борисович обнаружил, что концентрация кислорода в ткани мозга не является постоянной величиной, а претерпевает медленные (с периодом от 6 до 60 секунд) колебания.
Удивительно, но тогда никто не обратил внимания на это открытие. И только спустя почти сорок лет ученые сумели повторить и, главное, оценить эти наблюдения. Но сделаны они были уже на другом методическом уровне, с использованием нового метода, появившегося в конце восьмидесятых годов, – метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Хочу дать несколько пояснений для тех, кто не знаком с этой уникальной методикой конца ХХ века. ПЭТ основывается на использовании физических свойств изотопов – радиоактивных форм простых атомов (таких, как водород, кислород, фтор), которые, распадаясь, испускают позитроны. Радиоактивные атомы получаются с помощью специального физического устройства, называемого циклотроном. Радиоактивные атомы объединяются в более сложные молекулы, такие как кислород, вода или глюкоза, с помощью другого сложного устройства, так называемой «горячей камеры» – химической лаборатории. При проведении ПЭТ-исследования радиоактивные вещества вводятся в кровь пациентов и по сосудам достигают мозга. Здесь эти вещества поглощаются клетками определенных областей мозга, и поглощенное радиоактивное вещество испускает позитроны. Позитроны, сталкиваясь с электронами, аннигилируют с излучением двух гамма-квантов на каждое столкновение. Эти гамма-кванты регистрируются специальными датчиками, расположенными вокруг головы испытуемого, причем число столкновений прямо пропорционально активности нейронов, находящихся в соответствующем участке мозга. Иными словами, чем более активны нейроны в некоторой области мозга, тем больше радиоизотопов эта область поглощает и, следовательно, тем больший уровень гамма-излучения будет зарегистрирован из этой области. Для того чтобы восстановить распределение плотности радиоактивного вещества в трехмерном пространстве, используются специальные математические методы реконструкции, подобные тем, которые применяются в магниторезонансной томографии (МРТ). В России ПЭТ был впервые установлен в Институте мозга человека в 1990 году по инициативе Натальи Петровны Бехтеревой.
Так вот, используя это дорогостоящее оборудование, удалось подтвердить данные, полученные в отделе нейрофизиологии человека более 40 лет назад. Оказалось, что, действительно, концентрация кислорода в мозгу, измеренная с помощью ПЭТ, флуктуирует в диапазоне частот меньше 0.1 Гц, причем уровень кислорода в таких областях коры, как задняя и передняя зоны поясной извилины, претерпевает синхронные колебания, объединяющие эти области мозга в единую систему, часто называемую «дефолтной» (default) сетью мозга.
Исследования ПЭТ в психологических тестах также показали, что концентрация кислорода воспроизводимо изменяется при функциональных пробах – в точности так же, как это было показано в исследованиях ученика Натальи Петровны – В. Б. Гречина – в шестидесятых годах. Тогда Валентин Борисович регистрировал напряжение кислорода с помощью усилителей производства экспериментальных мастерских Института экспериментальной медицины Академии медицинских наук СССР, сама запись осуществлялась на чернильном самописце, а для доказательства воспроизводимости реакций мозга человека приходилось на кальке накладывать друг на друга записи, произведенные в нескольких пробах. Сейчас для этого используются сложные математические процессы реконструкции изображения, компьютерные методы усреднения и современные методы статистического анализа. Однако сущность открытого явления от этого не меняется.
Возвращаясь на сорок лет назад, хочу отметить, что уже в те годы в отделе нейрофизиологии человека использовались многообразные функциональные пробы, примерно такие же, какие сейчас используются в исследованиях ПЭТ. Одна из них – проба Бине на оперативную память. Больному предъявляли несколько цифр, которые он должен был повторить через несколько десятков секунд. Рассматривая вместе с В. Б. Гречиным вызванные реакции концентрации кислорода в ткани мозга в ответ на выполнение тестов на краткосрочную память, Наталья Петровна заметила, что некоторые области мозга реагировали изменениями метаболизма только при ошибочном выполнении тестов. С легкой руки Натальи Петровны эти области мозга были названы детекторами ошибок (Бехтерева, Гречин, 1968). Валентин Борисович провел серию изящных исследований по воздействию фармакологических агентов на детекторы ошибок и готовился к написанию докторской диссертации. Ранняя смерть в возрасте сорока лет не позволила ему довершить этот труд своей жизни. К сожалению, многие из этих работ так и остались неопубликованными.
Через несколько лет Наталья Петровна вернулась к этой теме. Тогда в качестве показателя жизнедеятельности мозга была выбрана импульсная активность нейронов, а в качестве теста – предъявление стимулов на пороге опознания. Надо сказать, что в семидесятых – восьмидесятых годах ученые возлагали большие надежды на возможность прижизненной регистрации импульсной активности нейронов мозга. Язык нейронов – это спайк (иногда его называют импульсом или потенциалом действия), который передает информацию от нейрона к другим клеткам мозга. С помощью специальных усилителей можно было регистрировать эту активность нейронов не только в экспериментах на животных, но и в исследованиях на больных с вживленными электродами. Это была уникальная возможность подсмотреть, как работают клетки мозга при функциональных нагрузках. В те годы мной был разработан психологический тест, который позволил исследовать механизмы осознанного восприятия.
Тест состоял из предъявления зрительных стимулов на пороге опознания. Экспозицию предъявления стимулов выбирали настолько короткой, что примерно в половине случаев больному не удавалось опознать стимулы. Сравнивая активность нейронов при опознании и неопознании стимулов, можно было судить о нейронных коррелятах осознанного восприятия.
Оказалось, что в некоторых случаях больные совершали ошибки, то есть называли стимулы неправильно. Нас заинтересовал вопрос: что же отличает эти случаи ошибок от случаев правильного опознания?
К нашему удивлению, в базальных ганглиях были обнаружены нейроны, которые реагировали перед тем, как человек совершал ошибку и неправильно называл стимул. Важно отметить, что во многих случаях больные, у которых регистрировалась импульсная активность нейронов, даже не осознавали свои ошибки, то есть мозг «детектировал» ошибку лучше, чем это делал сам человек. Однако наиболее неожиданным и интригующим был факт обнаружения этих нейронов не в корковых образованиях (как это можно было бы ожидать, исходя из представлений о лидирующей роли коры в мыслительных процессах), а в подкорковых структурах мозга, в частности, в базальных ганглиях.
Это было вдвойне странным, поскольку в те годы было принято считать, что основная функция базальных ганглиев заключалась в контроле движений. Возникал вопрос: если это действительно так, то почему нейроны базальных ганглиев реагируют на ошибочное действие, которое еще не осуществлено и которое впоследствии даже не будет осознано человеком? Тогда это так и осталось загадкой. Сейчас мы знаем, что базальные ганглии участвуют не только в обеспечении движений, а вовлечены в сенсорные и когнитивные функции, причем одна из функций базальных ганглий – селекция действий. Под действиями в данном контексте я подразумеваю не только просто движения, но и сенсорно-когнитивные действия, например, принятие решения о смысловой значимости стимула.
Работы по детекции ошибок того периода были представлены в двух публикациях: одна из них появилась в Докладах Академии наук СССР, другая – в международном журнале «International Journal of Psychophysiology». Интересно, что последняя работа была признана одной из лучших за 1985 год. На публикации этих работ завершился очередной период исследований детекции ошибок.
Только спустя почти двадцать лет в зарубежных исследованиях с регистрацией когнитивных вызванных потенциалов и функциональной магниторезонансной томографии были получены данные, указывающие на существование системы детекции ошибок в могу человека. В этих исследованиях, в частности, было показано, что после совершения человеком ошибки определенная область коры головного мозга, называемая передней поясной извилиной, начинает подавать сигналы об ошибке. Следует, однако, заметить, что эти данные, полученные одновременно в нескольких лабораториях мира, в определенной степени отличались от работ Натальи Петровны, не повторяя, а дополняя полученные ею данные. Действительно, корреляты ошибок в этих работах были обнаружены после совершения ошибок. Рассматривая все эти данные с единой точки зрения, можно предположить, что в мозгу существуют как нейроны-детерминаторы ошибок, которые активны перед совершением ошибки, так и собственно нейроны-детекторы ошибок, которые активируются, когда человек, сравнивая планируемое действие с реальным, осознает, что совершил ошибку.
Начиная с 2004 года мы в нашей лаборатории совместно с другими центрами в Европе решили создать нормативную базу данных для параметров ЭЭГ и вызванных когнитивных потенциалов мозга. Это был новый виток спирали, начатый Натальей Петровной в шестидесятых годах. Дело в том, что Наталья Петровна начинала свою научную карьеру как электроэнцефалографист, то есть как специалист в области ЭЭГ. В шестидесятые годы в связи с появлением надежных усилителей потенциалов ЭЭГ стала рутинной методикой, позволяющей оценить функциональное состояние мозга человека. Практически во всех неврологических клиниках стали устанавливать электроэнцефалографы. Однако единственной надежной методикой анализа ЭЭГ в те годы был визуальный осмотр записи электроэнцефалограммы на бумаге. Электроэнцефалографисты проводили долгие часы, рассматривая многометровые «простыни» – бумажные записи ЭЭГ. Человеческий глаз – надежный прибор, он позволял выявить такие патологические паттерны, как дельта волны, спайки, спайки-медленные волны и другие. Однако он не позволял компрессировать эти данные в виде спектров, функций когерентности и уж не как не мог уловить в шумообразных флюктуациях воспроизводимые потенциалы, связанные с событиями. Поэтому использование ЭЭГ в те годы ограничивалось в основном областью эпилепсии, при которой в ЭЭГ больных можно было обнаружить биологические маркеры эпилепсии, такие как комплексы спайк-медленная волна. До сих пор в некоторых учебниках можно найти такое однобокое представление об ЭЭГ.
Именно поэтому, из-за ограниченности методики ЭЭГ, в семидесятых – восьмидесятых годах Наталья Петровна основное внимание уделяла импульсной активности нейронов. Вспоминаю беседу с ней на конгрессе Международной Организации по Психофизиологии в Праге в 1986 году. Тогда в нашей группе (В. А. Пономарев, А. В. Севостьянов, М. А. Кузнецов и автор этой статьи) наряду с импульсной активностью нейронов и сверхмедленной активностью мозга мы решили регистрировать электросубкортикограмму, то есть потенциалы мозга в диапазоне ЭЭГ (0.1–70 Гц). Когда я сообщил об этом Наталье Петровне, она сказала мне, что я могу заниматься всем, чем хочу, но сама она не верит в то, что этот параметр может дать больше, чем импульсная активность нейронов.
Вскоре после этого разговора мы стали регистрировать локальные вызванные потенциалы мозга и довольно быстро убедились, что внутримозговые потенциалы мозга отражают отдельный мир, совершенно отличный от того, который отображается в потенциалах, регистрируемых с поверхности головы. Важно подчеркнуть, что по своей способности описывать локальные явления мозга внутримозговая электроэнцефалограмма приближалась к детальному описанию, даваемому с помощью методики регистрации импульсной активности нейронов.
Это открытие мгновенно оценил известный финский психолог Ристо Наатанен, с которым в девяностые годы мы начали серию исследований интересного феномена мозга – негативности рассогласования. Этот феномен он впервые открыл в 1978 году, когда сравнил когнитивные вызванные потенциалы в так называемом ODDBALL тесте. В этом тесте испытуемый слышал равномерную последовательность звуковых тонов (типа метронома), которая иногда прерывалась предъявлением тона, несколько отличного от стандартного. Сравнивая ответы мозга на стандартные и девиантные (отличающиеся) тоны, он обнаружил, что девиантные тоны генерируют добавочную волну, которую он назвал негативностью рассогласования (mismatch negativity).
Надо сказать, судьба этого открытия оказалась более удачной, чем открытий, сделанных Натальей Петровной. На протяжении последних десятилетий были опубликованы тысячи статей, посвященных негативности рассогласования, это явление сейчас используется в клинике для предсказания выхода из комы больных, а также для ранней диагностики глухоты. Сам Ристо Наатанен осознавал эту несправедливость и всегда с большим уважением относился к Наталье Петровне, называя ее самым выдающимся физиологом нашего столетия. Именно с его представления Наталья Петровна была избрана почетным членом Академии наук Финляндии.
Используя внутримозговые электроды в совместных исследованиях с финскими коллегами, нам удалось не только локализовать источник генерации негативности рассогласования, но и вскрыть механизмы этого явления. Тогда мы использовали цифровую ЭЭГ и компьютерный метод усреднения. Это был шаг вперед по сравнению с шестидесятыми годами, когда когнитивные вызванные потенциалы получались простым наложением (суперпозицией) записей ЭЭГ друг на друга.
Напомню, что психологи и нейрофизиологи уже в семидесятых – восьмидесятых годах стали выделять последовательные стадии переработки информации. Так, в экспериментах на кошках и обезьянах были выделены стадия активации вентрального зрительного пути, отвечающая на вопрос «Что?» (то есть – что значит то или иное зрительное изображение), и стадия активации дорзального зрительного пути, отвечающая на вопросы «Где?» и «Как?» (то есть – где в пространстве находится данное зрительное изображение и как можно этим предметом манипулировать).
Но как разложить когнитивные вызванные потенциалы, регистрируемые с поверхности головы, на компоненты, отражающие эти различные стадии переработки информации, было неясно. В восьмидесятых годах мы попытались использовать факторный анализ и метод главных компонент. Однако ограничения, накладываемые этими методами, были нефизиологичными, поскольку вряд ли можно было предположить, что искомые волны будут ортогональны, как этого требовал, например, метод главных компонент.
И только в конце девяностых годов появились физиологически ориентированные методы обработки данных, совершившие революцию в электрофизиологии мозга. Сейчас мы являемся свидетелями ренессанса в электрофизиологии мозга. Существует, по меньшей мере, четыре причины этого возрождения электроэнцефалографии.
Первая причина связана с недавним появлением новых методов анализа ЭЭГ, таких как техника пространственной фильтрации при коррекции артефактов, анализ независимых компонент когнитивных ВП, электромагнитная томография и некоторые другие методы.
Вторая причина заключается в относительной дешевизне современных электроэнцефалографов. Действительно, в наши дни приборы для регистрации ЭЭГ стоят от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч долларов США, что совсем недорого по сравнению с многомиллионной стоимостью оборудования для МРТ и ПЭТ.
Третья причина – значительный рост наших познаний о механизмах генерации волн спонтанной ЭЭГ и функционального значения компонентов когнитивных вызванных потенциалов.
И наконец, четвертая причина – высокое временное разрешение сигналов ЭЭГ и когнитивных вызванных потенциалов мозга. Такое высокое временное разрешение принципиально не может быть достигнуто другими техниками нейрокартирования. Действительно, методы ЭЭГ и когнитивных вызванных потенциалов обеспечивают временное разрешение сигналов в несколько миллисекунд, в то время как методы позитронно-эмиссионной томографии и магниторезонансной томографии дают временное разрешение, не превышающее 6 секунд.
Иначе говоря, мы вступили на новый виток спирали развития науки о мозге. Говоря о феномене детекции ошибок, на этом витке мы смогли получить данные, позволившие объединить в единую, стройную систему результаты, получаемые в исследованиях Натальи Петровны о детерминаторах ошибок в подкорковых структурах мозга, и результаты, полученные в исследованиях магниторезонансной томографии о детекторах ошибок. К сожалению, эти данные были опубликованы уже после смерти Натальи Петровны.
Ниже я коротко опишу эти данные, поскольку я уверен, что сама Наталья Петровна захотела бы этого. Надо отметить, что среди многочисленных тестов, используемых в нашей лаборатории для изучения мозга, есть так называемый математический тест. В этом тесте испытуемые должны совершать различные математические операции над регулярно предъявляемыми цифрами. Поскольку этот сложный тест требует предельной концентрации внимания, испытуемые довольно часто совершают в нем ошибки. Сравнивая вызванные потенциалы мозга при правильных и ошибочных выполнениях теста, мы подтвердили данные, полученные в других лабораториях. Действительно, совершение ошибки сопровождалось генерацией негативной волны, называемой негативностью, связанной с ошибкой, или просто негативностью ошибки. За этой волной следовала позитивная волна. Негативность ошибки наблюдалась после неправильного выполнения функциональной пробы спустя всего лишь 100 мс после нажатия кнопки (необходимого для определения правильности выполнения теста) и характеризовалась лобно-центральной топографией. Эти данные полностью соответствуют данным, полученным многочисленными зарубежными исследователями.
Однако, обладая современными методами обработки данных и уникальной возможностью работы с огромным числом (около тысячи) испытуемых, мы пошли дальше. Мы применили метод независимых компонент к этой огромной совокупности данных. Нам впервые удалось разложить волну ошибки на три независимых компонента.
Механизм детекции и детерминации ошибок
А – исследования конца 1960-х годов. Суперпозиция вызванных изменений напряжения кислорода в тесте на оперативную память. Регистрация с помощью вживленных электродов. Справа – типичный «детектор» ошибки в хвостатом ядре мозга (из книги: Бехтерева Н. П. Нейрофизиологические аспекты мыслительной деятельности. Л.: Наука, 1971);
Б – исследования начала XXI века. Независимые компоненты когнитивных вызванных потенциалов мозга при тесте на математические операции. Регистрация с помощью накожных электродов. Слева – топография компонента, справа – электромагнитная томография низкого разрешения, в центре – временная динамика компонента при правильном и ошибочном выполнении теста (из книги: Kropotov J. D. Quantitative EEG, event related potentials and neurotherapy – Academic Press, Elsevier: 2009).
Как видно из рисунка, негативность ошибки в действительности состоит из трех независимых компонентов, один из которых генерируется в дорсальной (когнитивной) части передней поясной извилины, а другой генерируется нейронами в задней части поясной извилины. Третий компонент генерируется в премоторной области коры за несколько сотен миллисекунд до совершения ошибки. Он локализован в части коры, которая является корковым выходом базальных ганглиев. Как видим, круг замкнулся: детерминаторы ошибок, обнаруженные Натальей Петровной в базальных ганглиях, отражаются в компонентах вызванных потенциалов, генерируемых в премоторной коре, в то время как детекторы ошибок, свидетельствующие о совершенной ошибке и вносящие вклад в негативность ошибки, локализованы в поясной извилине.
Мы не будем здесь подробно останавливаться на теории, которая может быть основана на этих данных. Для нас важно то, что феномен детекции ошибок, впервые открытый Натальей Петровной, показал существование в мозгу специальной системы, в которой ожидаемые действия сравниваются с реальными действиями и в которой полученный сигнал рассогласования используется для последующей коррекции поведения.
Как известно, нет ничего более практичного хорошей теории. Поэтому разработанная Натальей Петровной теория и факт наличия нейронов-детекторов ошибок в поясной извилине позволили подвести нейрофизиологическую основу для применения стереотактической цингулотомии при навязчивых состояниях. Современная цингулотомия – это стереотактическая операция, при которой осуществляется криодеструкция небольшой зоны поясной извилины. Предполагается, что нейроны-детекторы ошибок гиперактивированы у больных с навязчивыми состояниями. Активность этих нейронов заставляет таких больных вновь и вновь корректировать свои действия, которые, по сути, не являются ошибочными, Например, гиперактивность нейронов поясной извилины активирует двигательные нейроны мозга, заставляя больного навязчиво мыть руки до крови, несмотря на то что руки идеально чистые.
В Институте мозга человека выпонены десятки таких стереотактических операций на больных с навязчивыми состояниями, в результате больные смогли вернуться к нормальной жизни. Успехи этих операций позволили ученикам Н. П. Бехтеревой применить цингулотомию для коррекции навязчивых состояний у больных с героиновой зависимостью. Авторы этой методики – Святослав Всеволодович Медведев, Андрей Дмитриевич Аничков и Юрий Израилевич Поляков – ученики Натальи Петровны.
В последние годы феномен детекции ошибок был одной из любимых тем Натальи Петровны. На своем 80-летнем юбилее она выступила с докладом на эту тему в Санкт-Петербургском научном центре. Председательствовал лауреат Нобелевской премии по физике академик Жорес Алферов. Доклад как всегда был сделан блестяще. И нужно было видеть, как горели глаза у этой, уже немолодой, женщины! Об этих глазах нужно сказать отдельно.
Впервые я встретился с Натальей Петровной в начале 1972 года, когда после окончания физического факультета Ленинградского государственного университета был принят в аспирантуру. Экзамен мне пришлось сдавать самой Наталье Петровне, причем на английском языке. Потом она стала говорить о проблеме изучения психики с помощью физиологических методов. Я и сейчас помню, каким энтузиазмом горели у нее тогда глаза. Эти глаза производили двойственное впечатление. С одной стороны, это были голубые глаза восторженной, романтически настроенной девушки, которая верит, и верит безоглядно, а с другой стороны, это были бездонные синие глаза умудренного опытом мыслителя, знающего значительно больше, чем все окружающие, и делавшего над собой усилия убедить в своей правоте этих других.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Читайте также
ЕВРОПЕЙСКАЯ «КОМЕДИЯ ОШИБОК»
ЕВРОПЕЙСКАЯ «КОМЕДИЯ ОШИБОК»
Страны Старой Европы возлагали огромные надежды на смену власти в Вашингтоне: неудивительно, что во время предвыборной кампании в США их захлестнула волна «обамамании». И первое время после выборов эти надежды еще сохранялись. Например,
18.1. Истоки всех ошибок
18.1. Истоки всех ошибок
Если искать метафору, кратко и емко характеризующую роль и место философии в системе образования, то можно сказать, что философия во многом аналогична камертону. С одной стороны, на камертоне невозможно исполнить даже самую простенькую мелодию, а с
Характер ошибок прогнозирования
Характер ошибок прогнозирования
Как и многие биологические переменные, ожидаемая продолжительность жизни — величина среднестанская, то есть подчинена рядовой случайности. Она не масштабируема, так как чем старше мы становимся, тем меньше у нас шансов жить дальше. В
Экономика ошибок
Экономика ошибок
В феврале 2004 года президент Соединенных Штатов Джордж Буш круто обошелся с собственным экономическим советом, отказавшись публично поддержать его прогноз, согласно которому в том году в стране появится 2600000 новых рабочих мест. Но, как писала «Вашингтон
Вместо проб и ошибок
Вместо проб и ошибок
Давление, которое оказывает общество в стремлении повысить безопасность и предотвратить нежелательные случайности при взаимном загрязнении пищевых продуктов, обоснованно и, безусловно, полезно. Но попытки вообще запретить генетически
ОЧЕРЕДЬ КАК ПОРОЖДЕНИЕ ОШИБОК
ОЧЕРЕДЬ КАК ПОРОЖДЕНИЕ ОШИБОК
Спецы по научному и «сверхнаучному» коммунизму вводили в нас инъекции страха. Мы попали в ловушку, из которой неимоверно сложно выбраться. Дефицит породил постоянного спутника очереди. (Приехал француз в Москву, пишет в Париж: «Странная,
Сын ошибок трудных
Сын ошибок трудных
Однако то, что братья продали свою компанию, отнюдь не означало, что они распрощались с идеей построить собственный бизнес. Николай и Федор снова пошли «горбатиться на кого-то», но, как они хором утверждают, исключительно для того, чтобы научиться вести
Исправление ошибок
Исправление ошибок
Состоялось вручение литературной премии «Большая книга». Церемония проходила в Доме Пашкова, с каменной террасы которого булгаковские Воланд и Азазелло некогда взирали на взбудораженную нечистой силой Москву. Удивительно ли, что и на этот раз не
У меня ВИЧ. Не повторяйте моих ошибок
У меня ВИЧ. Не повторяйте моих ошибок
С того момента, как я окончательно принял себя таким, какой я есть, начал анализировать жизнь. Задавался вопросом, когда это проявилось впервые, много читал, пытался вспомнить. Ведь ходят разные мнения, одни говорят, что ориентация
Метод проб и ошибок
Метод проб и ошибок
Если ньюйоркцы поздно женятся, на что же они, спрашивается, тратят все свои лучшие годы? Неужели живут бирюками, не видя ничего, кроме экранов компьютера и унылых лиц коллег по офису? Ничего подобного. Они, как и все молодые американцы, ходят
Теория «ошибок»
Теория «ошибок»
«На случай «ошибок» у нас была заготовлена довольно эффективная тактика. Чаще всего мы знали о причинах и истинных последствиях подобного рода ошибок. Чтобы усыпить общественное мнение, мы говорили, что ведем расследование, что версий много. Правду мы
Война ошибок не прощает
Война ошибок не прощает
Они сражались за Родину Война ошибок не прощает
ПОБЕДИТЕЛИ Гибель авиации Западного фронта в первые дни войны
После мощной артиллерийской и авиационной подготовки (более 50% всех сил) на рассвете 22 июня 1941 г. немецкие войска вторглись на
И опыт, сын ошибок трудных
И опыт, сын ошибок трудных
Владимир Сапрыкин. Ценности социализма. — М.: ООО «Издательство «Алгоритм», 2014. – 480 с. – 1000 экз.
Ещё четверть века назад вопрос об общественных ценностях был предметом лишь академической элиты, саму же аксиологию (науку о ценностях) называли
Время подвигов и ошибок
Время подвигов и ошибок
Полевое трёхдюймовое орудие на позиции у Ремерсгофа. Июль 1916 г. Прошёл общественно-научный форум «Первая мировая война в контексте современной мировой политики». Форум был организован Постоянным комитетом Союзного государства России и Беларуси
Почему у нас не было ошибок
Почему у нас не было ошибок
То есть совсем без ошибок , конечно, не обходилось. У журналистов есть даже поговорка на сей счёт: «Пока будут газеты, будут и ошибки». А в холле здания ООН висит гигантский ковёр с сложнейшим строго симметричным рисунком. В одном лишь месте,
Есть такая старая индийская сказка про сороконожку, у которой спросили, в какой последовательности она переставляет ноги. Сороконожка задумалась и не смогла сделать ни шагу.
Точно также ни одна профессиональная машинистка не ответит вам сходу, в каком ряду на клавиатуре расположена та или иная буква. Она сначала представит себе клавиатуру, потом мысленно пробежит по ней пальцами и только после этого ответит на ваш вопрос. Спросите у любого водителя со стажем, в каком порядке расположены педали тормоза, сцепления и газа. И вы увидите, как он будет пытаться «вспомнить ногами», где какая педаль расположена.Примерно 70% всех наших действий — а по некоторым источникам и все 90% — мы выполняем на автомате. Не задумываясь. У нас в мозге есть встроенный автопилот, который берет на себя управление рутинными делами.
Когда мозг включает «детектор ошибок»?
Наш мозг способен сам, без нашей помощи и нашего участия, заниматься уборкой, мытьем посуды, приготовлением обеда. Может сам доехать до работы привычным маршрутом и вернуться домой. А еще завязать шнурки, купить в магазине продукты на ужин, вставить одеяло в пододеяльник. (При этом, если вы вдруг захотите сознательно проконтролировать процесс, одеяло внутри пододеяльника перекрутится восемь раз или развернется поперек).
Когда мы чему-то учимся, например, ездить на велосипеде или играть на пианино, наш мозг отслеживает каждое наше движение, тщательно записывает последовательность наших действий в долговременную память, повторяет потом эти уроки по ночам (именно по ночам идет закрепление двигательных навыков). А потом наступает момент, когда мозг говорит: все, запомнил, дальше я буду делать это сам, а ты пока можешь заняться чем-то другим. Например, мечтать, пока мы катаемся на велосипеде. Или обдумывать решение какой-то проблемы, пока мы чистим картошку.
Режимом автопилота в нашем мозге управляет пассивная сеть нейронов DMN (default mode network). Она была открыта совсем недавно. А началось все с провалившегося эксперимента.
В самом конце 90-х годов ХХ века докторант медицинского колледжа в Милуоки (штат Висконсин) Бхарат Бисвал изучал сигналы мозга, находящегося в покое. Ему нужны были чистые сигналы на сканере. Бисвал просил своих пациентов ни о чем не думать, успокоиться, очистить ум, смотреть на белый крест посреди черного экрана. И пациенты вроде бы честно выполняли указания экспериментатора. Но сканер упорно показывал, что активность их мозга не снижается. Более того, деятельность некоторых отделов мозга становится более скоординированной.
А этого не могло быть!
Это было нарушением одного из основных нейрофизиологических постулатов: мозг работает, когда получает конкретное задание и отключается, когда мы его не стимулируем.
Эксперимент Бхарата Бисвала можно было бы списать на обычную неудачу, в конце концов, любое исследование начинается с длинной вереницы проб и ошибок, если бы в то же самое время американский невролог Гордон Шульман из Медицинской школы Вашингтонского университета не столкнулся бы с той же самой проблемой: в состоянии покоя наш мозг более активен и деятелен, нежели в то время, когда мы решаем сознательные задачи.
Свою гипотезу о дефолтной системе мозга Гордон Шульман предложил в 1997 году. Революции в нейрофизиологии не произошло, гипотезу Шульмана никто не принял всерьез.
Между прочим, еще в 50-х годах ХХ века группа американских исследователей во главе с Л.Соколовым выявила некий парадокс, который они тогда не смогли объяснить: почему бездействующий мозг потребляет больше кислорода и энергии, чем мозг, загруженный решением определенной задачи.
В 1998 году коллега Шульмана по Вашингтонскому университету Маркус Рейчел, принимавший участие в первых экспериментах, продолжил исследование деятельности мозга в состоянии покоя и в 2001 году сформулировал теорию дефолтной системы мозга. С этого момента началось активное исследование DMN и количество научных работ на эту тему увеличивается лавинообразно с каждым годом.
Что за эти годы удалось выяснить?
Автопилот нашего мозга использует те же самые сети, в которых формируются мечты и фантазии. Поэтому DMN не только берет на себя выполнение всех тех задач, которые были уже многократно апробированы и доведены до автоматизма. Она еще участвует в работе воспоминаний, занимается планами на будущее и отвечает за создание эмоционального фона.
И здесь начинается самое интересное! Когда все эти процессы, контролируемые сетью DMN — режим автопилота, витание в облаках и генерирование планов — переплетаются, наш мозг рождает гениальные идеи.
Есть такой расхожий мем: В любой непонятной ситуации иди мыть посуду. Или, как вариант, готовить еду. Его обычно воспринимают как шутку. А это — чистая правда. Если решение какой-то проблемы зашло в тупик, если вам нужно запустить творческий процесс, если производство новых идей в вашей голове по какой-то причине приостановилось — займитесь рутиной, отпустите мысли в свободное плавание.
Кстати, мыть посуду или чистить картошку не обязательно. Можно отправиться на пробежку или пойти поплавать.
Дефолтная система нейронов генерирует креативные идеи не в одиночку. В этот процесс вовлечены еще две нейронные сети: салиентная (salience network), которая отсеивает из потока информации самые важные данные, и исполнительная (executive control network), которая контролирует реакции на разнообразные стимулы. Но именно дефолтная дирижирует всем процессом.
Насколько надежна эта сеть DMN. Можем ли мы полностью доверять нашему встроенному автопилоту? Подчиняется ли автопилот нашего мозга первому закону робототехники, сформулированному Айзеком Азимовым: «робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред».
Мы доверяем кофемашине сварить нам утром чашечку кофе. И точно знаем, что она не подсунет нам в чашу цианистый калий. Мы доверяем роботу-пылесосу уборку дома. И точно знаем, что он не засосет в себя дорогую нашему сердцу коллекцию нэцке (если, конечно, не дотянется до полки). Мы безоговорочно доверяем стиральной машине, тостеру и прочим бытовым помощникам. И никому из нас не приходит в голову контролировать их работу. Нажали кнопку «пуск» и занимаемся своими делами. Когда все будет готово — нас позовут громким пиканьем. А если что-то пойдет не так, встроенный контролер нам сообщит, что у кофемашины, например, засорился фильтр, а у стиральной прекратилась подача воды.
Есть такой встроенный контролер у нашего автопилота?
Есть. Он называется «детектор ошибок». И самое удивительное, что он был открыт на тридцать лет раньше, чем сама сеть DMN.
Первым предположение о том, что у нашего мозга есть встроенный контролер ошибок, высказал британский психолог Патрик Раббитт. Его статья была опубликована в 1966 году в журнале Nature. Но Раббитт опирался не на инструментальные исследования мозга с помощью специальных приборов, а на психологические тесты.
В это же самое время феномен реакции мозга на разные ошибки был обнаружен в Ленинградском институте экспериментальной медицины. Причем совершенно случайно. Руководитель лаборатории Наталья Бехтерева и ее ассистент Валентин Гречин пытались найти способ лечения больных Паркинсоном с помощью вживленных электродов. И обнаружили удивительное явление: если пациент допускал ошибку, выполняя какое-то задание, на это реагировал определенный участок мозга. И эти самые активные точки совпадали на всех «географических картах мозга» всех пациентов.
Наталье Бехтеревой и Валентину Гречину удалось выявить популяции клеток нашего мозга, которые реагировали на ошибки и в коре, и в подкорке.
В 1968 году они опубликовали статью о своем открытии «детектора ошибок» в сборнике научных статей Annual Review. Впрочем, сам термин, был придуман чуть позже — в 1971-м и впервые был упомянут в книге Натальи Бехтеревой «Нейрофизиологические аспекты психической деятельности человека».
Когда включается «детектор ошибок»?
Когда возникает рассогласование нашей деятельности с той матрицей, которая хранится в мозге. Мозг точно знает, в какой последовательности мы, например, гладим белье. Пошагово помнит, как мы собираемся на работу. И постоянно сравнивает наши действия с заложенным в него планом. Если вдруг какой-то пункт из этого плана выпадает, мозг говорит: Стоп! Доску достала, утюг включила, белье погладила, сложила в шкаф, а шнур-то утюга из розетки не выдернула! Или, пока вы запираете входную дверь, мозг проводит ревизию имущества рассованного по карманам и отделениям сумки: Документы на месте, телефон на месте, ключи в руках, а где очки?
Иногда наш детектор ошибок срабатывает без задержки. Но бывает, что мы вспоминаем про утюг, когда уже находимся в дороге. И тогда мы несемся домой выключать утюг, перебирая в голове страшные картинки пожара, которые подсовывает нам мозг.
Пренебрегать советами детектора ошибок — опасно, может привести к тяжелым последствиям. Но и становиться заложником детектора — тоже не правильно. Это может привести к синдрому навязчивости. Вы начнете постоянно прислушиваться к себе, перестанете доверять себе и своему автопилоту. Будете по сто раз проверять карманы перед выходом из дома или по сто раз бегать смотреть на выключенный утюг, газовую плиту или закрытый кран. Так можно превратиться в раба детектора ошибок. А в нем самом сформирует новая матрица патологического поведения: пять раз вернуться с дороги или десять раз проверить самого себя.
Подписывайтесь на наш канал VIBER!
Детектор ошибок — наш сторож. Но не хозяин. Нельзя позволять ему командовать. А если вы уже попали в замкнутый круг, что делать? Переписать матрицу. Сознательно отработать еще раз все, что вы обычно делаете на автомате, чтобы мозг запомнил правильную последовательность действий без патологических перегибов. И подавал бы сигнал тревоги только в том случае, если действительно заметил ошибку, а не авансом, на всякий случай.
Легендарный полярный исследователь Отто Юльевич Шмидт (на фото) носил окладистую бороду. Говорят, однажды какой-то журналист спросил у Отто Юльевича, куда он кладет бороду на ночь — на одеяло или под одеяло. Шмидт сходу на вопрос ответить не смог, но пообещал проследить за бородой. Следующую ночь полярник провел без сна. Ему мешала борода. Причем мешала и на одеяле и под одеялом.опубликовано econet.ru.
Марина Собе-Панек
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание — мы вместе изменяем мир! © econet
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.