От натурфилософии к нейропсихологии 10 страница

В связи с тем, что поиск двойных диссоциаций — это весьма распро­страненная стратегия в современных когнитивных исследованиях, оста­новимся на ней несколько подробнее. Этот прием предназначен для контроля правильности интерпретации отдельных случаев. Рассмотрим конкретную проблему. В последние годы описано несколько случаев па­циентов с интересной формой семантической агнозии. Эти пациенты способны узнавать и семантически классифицировать неодушевленные предметы, но испытывают сильные затруднения в узнавании живых су­ществ. Можно ли на основании этих данных сделать вывод о том, что семантическая память и ее мозговые механизмы разделены на две под­структуры по принципу живой—неживой? Очевидно, такой вывод был бы преждевременным, поскольку узнавание живых существ может быть просто более сложным процессом, превышающим ослабленные позна­вательные возможности пациентов с поражениями мозга. Поэтому если бы удалось найти двойную (парную) диссоциацию — один или более случаев сохранного узнавания живых существ и трудностей с узнавани­ем неодушевленных предметов, то о возможном расщеплении механиз­мов семантической памяти можно было бы говорить с большей степе­нью определенности (см. 6.1.3).

Первоначально в когнитивной психологии роль нейропсихологи-ческих данных была связана с обсуждением отдельных, особенно ярких клинических случаев. Однако вскоре стало ясно, что они могут играть важную роль и при проверке справедливости некоторых, подчас весьма общих психологических теорий. Так, Т. Шаллис и Э. Уоррингтон (Shallice & Warrington, 1970) описали пациента, у которого есть долговременная, но нарушена кратковременная память. Существование такого наруше­ния означает, что едва ли может быть правильной распространенная в когнитивной психологии трактовка запоминания, в которой информа­ция, чтобы попасть в блок долговременного хранения, обязательно долж­на пройти через блок кратковременной памяти (см. 5.2.1).

Аналогично и несколько ранее А. Р. Лурия (1968) описал знаменито­го мнемониста Ш., исследования памяти которого заставляют усомнить­ся в том, что способности к кратковременному запоминанию всегда ог-144

раничены «магическим числом» Миллера¹⁷. На самом деле, между крат­ковременной и долговременной памятью Ш. не было большого различия (см. 5.1.1). Следует заметить, что описание личности и специфических возможностей (а также ограничений) памяти, восприятия и мышления Ш., конечно же, не было «клиническим случаем» в прямом смысле этого слова, однако по характеру анализа оно остается одним из лучших иссле­дований нейропсихологического типа (case study, Einzelfallanalyse) в ми­ровой научной литературе.

С возникновением гипотезы модулярной организации познания (см. 2.3.2) в середине 1980-х годов нейропсихологическим данным как таковым начало уделяться повышенное внимание. Более того, многие модели познавательных процессов стали в явном виде строиться как нейрофизиологические модели, причем не только нормального, но и аномального функционирования мозга. Серьезной проблемой на этом пути оказался неэкспериментальный, корреляционный характер ней-ропсихологических данных. Всякое мозговое поражение — это своего рода уникальный «эксперимент природы». У клинического нейропси-холога нет возможности выполнить требования, необходимые для под­линного эксперимента: произвольно воспроизводить поражение или создать контрольную ситуацию, которая бы отличалась от исходной ис­ключительно фактом данного поражения. Поэтому в случае клиничес­ких данных всегда остается вероятность того, что наблюдаемая картина в какой-то степени обусловлена особенностями, сложившимися еще до возникновения патологических изменений.

Конечно, если бы было возможно временно «выключать» и затем «включать» без каких-либо последствий отдельные мозговые структу­ры или, быть может, даже «видеть» их функционирование по ходу нор­мального решения задач, то можно было бы надеяться на получение значительно более надежных и общих результатов, чем при анализе клинических данных. Такие методы действительно появились в тече­ние последних 10—15 лет, став особенно мощным стимулом нейропси-хологической и нейрофизиологической переориентации заметной час-

¹⁷ Об этом же могут говорить наблюдения канадского нейрохирурга У. Пенфидда, раз­
дражавшего во время операций на мозге различные участки коры бодрствующих пациен­
тов. Примерно в 40 случаях (из 520) электрической стимуляции нижних височных облас­
тей возникал своеобразный феномен, названный «вспышками пережитого». Они пред­
ставляли собой живые зрительные и слуховые образы, которые всегда переживались па­
циентом как воспоминания из его далекого прошлого, а не актуальные события. Ни в
одном из описанных случаев не наблюдалось обратного течения событий или пересече­
ний воспоминаний из различных периодов жизни пациента. Воспоминания прекраща­
лись с остановкой стимуляции, но иногда могли быть возобновлены с прерванного мо­
мента при повторном раздражении той же точки коры. При интерпретации этих данных
возникают трудности, связанные прежде всего с идентификаций сообщений как аутен­
тичных переживаний из прошлого пациента. Возможно поэтому наблюдения Пенфидда
уже около 50 лет остаются непроверенными другими авторами.                                                   145

ти современной научной психологии и когнитивных исследований в це­лом. Речь идет о создании и начавшемся широком применении новых методов трехмерного картирования мозга и его функциональных состоя­ний {brain imaging). Разработка этих методов была отмечена в 2003 году присуждением Нобелевской премии. Мозговое картирование использу­ется сегодня как в клинических, так и в чисто исследовательских целях, в частности, во все большем числе относительно традиционных психо­логических экспериментов, проводимых с обычными испытуемыми.

2.4.2 Новые методы и старые проблемы

Вплоть до самого последнего времени существовали две основные груп­пы методов изучения нейрофизиологических механизмов in vivo: анализ ЭЭГ и микроэлектродное отведение активности отдельных нейронных структур. Первая группа методов использует регистрацию интегральных электрических ритмов мозга, или электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Это делается с помощью внешних, наложенных на кожу головы испытуемых электродов и не требует при использовании соответствующих усилите­лей сигнала создания особых условий, выходящих за рамки обычного лабораторного окружения. Вместе с тем, как правило, картина регист­рируемых колебаний столь зашумлена, что по ней невозможно прямо судить о влиянии отдельных экспериментальных переменных, а лишь о глобальных стадиях изменения функциональных состояний, таких как бодрствование или сон. Поэтому в когнитивных исследованиях получи­ла распространение модификация, известная как метод регистрации вызванных потенциалов мозга (ERPs — event-related potentials) .

В этом случае предъявление стимула многократно повторяется, а затем сегменты записи ЭЭГ, синхронизированные с моментом отдель­ных предъявлений, накладываются друг на друга и суммируются. Слу­чайные, разнонаправленные колебания компенсируют друг друга, и вы­рисовывается электрический ответ коры мозга на само стимульное событие. Этот ответ демонстрирует ряд характерных особенностей, на­пример, негативное отклонение потенциалов через 100—200 мс после предъявления (этот пик в картине вызванных потенциалов получил на­звание N1) и положительное отклонение примерно через 300 мс (РЗ). По расположению и амплитуде этих отклонений, несколько отличаю­щихся в случае разных областей коры и для разных модальностей сти­муляции (рис. 2.13), можно в определенной степени судить о времен­ной развертке процессов переработки информации. Данный метод позволил подойти к решению некоторых фундаментальных проблем когнитивной психологии. Так, сравнение вызванных потенциалов на акустические стимулы в условиях направленного внимания и при его отвлечении показало, что внимание усиливает компоненты вызванных 146  потенциалов уже через 40—60 мс после стимульного события (Woldorff

-10

-0,2

0,6

0,2  0,4 Секунды

Рис. 2.13. Типичная картина вызванных потенциалов мозга (А) и подготовка экспери­мента по регистрации электрической активности мозга в процессах социального взаи­модействия (Б).

et al., 1993). Очевидно, это важный аргумент в пользу гипотезы так на­зываемой ранней селекции в спорах сторонников различных моделей се­лективного внимания (см. 2.2.1 и 4.1.2).

Недостатком, ограничивающим применение ЭЭГ в ее различных вариантах, является низкое пространственное разрешение, а также то обстоятельство, что при этом методе регистрируются электрические из­менения на поверхности, а не в глубине мозга. Метод микроэлектрод­ ного отведения активности — второй классический метод нейрофизио­логического анализа — чрезвычайно точен, позволяет работать с отдельными нейронами или группами нейронов, которые расположены в любых, в том числе глубинных отделах мозга, но его применение тру­доемко и, по понятным причинам, ограничено почти исключительно экспериментами на животных. Несмотря на выдающиеся результаты, полученные, например, в исследованиях зрительной сенсорной обра­ботки (см. 3.3.2) и памяти (см. 5.3.2), значение этого метода непосред­ственно для когнитивных исследований относительно невелико.

Предпосылки для современных методов трехмерного картирова­ния работы мозга были созданы благодаря компьютерным программам, обеспечивающим реконструкцию объемной пространственной модели регистрируемых процессов. Наиболее известным из числа этих новых методов до сих пор является позитронно-эмиссионная томография {ПЭТ-сканирование). Неприятной особенностью этого метода является необходимость введения в кровь радиоактивного раствора. Когда в ходе решения задач та или иная область мозга становится активной, радиоак­тивное вещество поступает вместе с усилившимся кровотоком к соот-

147

ветствующим регионам. Для экспериментов выбираются относительно неустойчивые изотопы, и в этих регионах мозга усиливаются процессы радиоактивного распада. Выделяющиеся в результате положительно за­ряженные частицы — позитроны — практически сразу же аннигилиру­ют с электронами. При этом образуются два разлетающихся под углом 180° друг к другу фотона. Эти последние и регистрируются датчиками; расположенными вокруг головы испытуемого. Метод обеспечивает до­вольно высокое пространственное разрешение, порядка 3—4 мм. Одна­ко его временное разрешение мало — в лучшем случае оно составляет примерно одну минуту, что не позволяет отслеживать сколько-нибудь быстрые когнитивные процессы. Тем не менее с помощью ПЭТ-скани-рования были получены фундаментальные результаты, в особенности относящиеся к мозговой локализации различных систем памяти и даже личности (Craik et al., 1999).

Во многих отношениях значительно более совершенным методом картирования является ядерная магниторезонансная томография (МРТ). Этот метод делает возможной очень точную (до I мм) и довольно быст­рую, по сравнению с ПЭТ, регистрацию. Кроме того, он неинвазивен, то есть не связан с нарушением целостности тканей организма, например, введением в кровь каких-либо субстанций. Его физической основой яв­ляется эффект излучения радиоволн определенной частоты отдельными атомами, находящимися в переменном магнитном поле, которое созда­ется расположенным вокруг испытуемого магнитом весом более 10 тонн. В экспериментальной психологии данный метод используется в вариан­те функциональной МРТ (фМРТ), когда определяется количество кисло­рода в крови (а именно в молекуле гемоглобина)¹⁸. Этот показатель ин­тенсивности метаболических процессов коррелирует с активностью нейронов в соответствующих областях мозга. Недостатком фМРТ явля­ется все-таки слишком низкая временная разрешающая способность, позволяющая, в лучшем случае, различать события продолжительностью не менее одной секунды¹⁹. Тем не менее это, несомненно, самая лучшая на сегодняшний день методика мозгового картирования. Насколько можно судить по стремительно накапливающимся данным, фМРТ часто подтверждает и значительно уточняет результаты ПЭТ-сканирования.

¹⁸ Модификация фМРТ — метод DTI (Diffusion Tensor Imaging), позволяющий от­
слеживать процессы миелинации аксонов, то есть изменения объема и распределения
белого вещества мозга (см 9.4.2), начинает широко использоваться в нейропсихоло­
гии развития.

¹⁹ В последнее время появились первые работы, направленные на использование фМРТ
для регистрации изменений магнитного поля, вызванных непосредственно нейронной
активностью. Временное разрешение увеличивается при этом на порядок. В сочетании с
параллельной регистрацией ЭЭГ можно надеяться получить в ближайшем будущем еще
более высокое разрешения — до 1 мс. В отдельных случаях делаются попытки совмеще­
ния фМРТ с регистрацией движений глаз испытуемого, что также обеспечивает лучший

148   тайминг событий.

 

 

 

Рис. 2.14. Визуализация данных фМРТ в задаче припоминания географических названий.

На рис. 2.14 показано зарегистрированное с помощью этого метода изменение активности различных участков коры испытуемого, пытаю­щегося вспомнить название столицы Южной Кореи. Особенно сильно выраженный участок активации в префронтальных областях левого по­лушария может интерпретироваться как типичное проявление интенции на воспроизведение информации из безличной семантической памяти (при попытках припоминания автобиографических сведений активация наблюдается в правых префронтальных структурах — см. 5.3.2). Одно­временная активация заднетеменных областей коры свидетельствует о том, что эта задача, по-видимому, решается при помощи фоновых коор­динации, связанных с мысленным просмотром пространственных реп­резентаций, или «когнитивных карт» (см. 6.3.1).

Как мы отмечали выше, магнитные поля могут использоваться не только для диагностики, но и для активного изменения динамики фи­зиологических процессов. Для этого применяются мощные магнитные воздействия, которые ведут к кратковременному нарушению работы определенных участков мозга. Сам этот метод получил название транс­черепной магнитной стимуляции, или Τ MC {transcranial magnetic stimulation, TMS). Один из интереснейших результатов, полученных с помощью данного метода, явно противоречит предсказаниям и духу концепции модулярности Фодора (см. 2.3.2). Оказалось, что затылоч­ные (то есть с анатомической точки зрения зрительные) отделы коры слепых испытуемых постепенно меняют свою специализацию и прини­мают на себя часть функций по переработке тактильной информации. Они не только систематически активируются в случае тактильных за-

149

дач, но их временное «выключение» ведет к возникновению ошибок узнавания воспринимаемых на ощупь объектов, например, при чтении шрифта Брайля.

Одним из самых мощных методов современной когнитивной нейронауки является магнитоэнцефалография (МЭГ). В ней применя­ется регистрация магнитных полей, сопровождающих активность нейронов. Поскольку эти эффекты примерно в 100 млн. раз слабее фонового магнитного поля Земли, их регистрация чрезвычайно трудо­емка и требует использования специальных сверхпроводниковых де­текторов (superconducting quantum interference devices — SQUIDs). Это са­мый быстрый из всех неинвазивных методов, конкурирующий даже с микроэлектродным отведением. МЭГ с успехом используется для уточ­нения функции отдельных регионов мозга, а также для описания вре­менной развертки активации. Так, с ее помощью было установлено, что зрительные поля V5, участвующие в переработке информации о движе­нии, включаются в работу через 20—30 мс после активации первичных зрительных полей VI (Andersen et al., 1997). К сожалению, МЭГ имеет слабое пространственное разрешение, поэтому обычно ее применяют в сочетании с фМРТ. Для проведения подобных исследований нужно участие междисциплинарного коллектива в составе физиков, психоло­гов, нейрофизиологов и медиков, владеющих навыками работы с доро­гостоящей физической аппаратурой, способных интерпретировать по­лучаемые данные и объяснять их друг другу²⁰.

Стоимость необходимой технической инфраструктуры и уникальная квалификация сотрудников — не единственная проблема мозгового кар­тирования. Большинство этих методов основано на регистрации метабо­лических процессов, лишь сопутствующих собственно нейрофизиологи­ческой активности. Характер этой связи не всегда понятен в деталях. Далее, получаемая информация, давая трехмерную модель активирован­ных областей, обычно ничего не говорит о взаимоотношениях между этими областями в процессе решения задачи. В этом смысле известные преимущества имеет классический метод ЭЭГ, так как он дает возмож­ность определять корреляцию (когерентность) колебаний электрических потенциалов в различных областях поверхности коры и, таким образом, судить о типе взаимоотношений этих областей. Наконец, серьезные со­мнения начинает вызывать так называемая процедура вычитания, с кото­рой практически всегда связано использование мозгового картирования

²⁰ В настоящее время апробируется так называемая оптическая томография, при кото­рой применяется близкое к инфракрасной зоне спектра световое облучение {Near Infra- Red Spectroscopy, Ν 1RS). Хотя значительная часть фотонов поглощается при этом тканями кожи, черепа и мозга, некоторая часть выходит наружу, что позволяет судить о состоянии активации нейронных структур и степени кровенаполнения. По-видимому, речь идет о создании аналога фМРТ, но более дешевого и удобного в применении. Ведется работа и над простыми акустическими методами мозгового картирования, использующими для оп-150   ределения скорости кровотока эффект Допплера.

в экспериментальных исследованиях. При этом из картины активации мозга в экспериментальном условии вычитается картина активации в контрольном или некотором другом референтном условии.

Так, чтобы узнать, в чем состоит особенность нейрофизиологичес­ких механизмов семантической обработки материала по сравнению с перцептивной обработкой, из результирующего «образа активации» в задаче на семантическую категоризацию вычитается «образ активации» в задаче на анализ перцептивных признаков материала. При этом, есте­ственно, все области мозга, которые были примерно одинаково активи­рованы в обеих задачах, выпадают из рассмотрения. Но что если акти­вированные области — это не просто мозаика независимых друг от друга модулей и целое в работе мозга, как подчеркивали гештальтпсихологи, всегда «больше суммы своих частей»? Тогда процедура вычитания может не только не помочь, но даже осложнить интерпретацию полученных данных. В формальном отношении это старая проблема, которая впер­вые возникла в 19-м веке в связи с дискуссиями, развернувшимися в свя­зи с методом вычитания Дондерса (см. 1.2.1 и 2.2.3). Наметившееся реше­ние применительно к методикам трехмерного мозгового картирования заключается в использовании статистических процедур факторного ана­лиза, выявляющих информацию о взаимодействии (обычно в форме кор­реляций) процессов активации различных структур мозга.

---

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!