Прямо сейчас ваш мозг совершает подвиг. Как человек научился читать и превращать слова на бумаге в миры и смыслы

За последние 20 лет методы функциональной визуализации произвели настоящую революцию в изучении коры человеческого мозга, позволив нам буквально «читать в мозге». Благодаря им мы можем увидеть мозговую активность в тот самый момент, когда человек выполняет некую мыслительную операцию – например, читает. Во многих отношениях нейровизуализационые эксперименты гораздо проще и надежнее, чем изучение данных о повреждениях. Кто может сказать, в какой степени мозг реорганизуется после травмы? Инсульт, например, может привести к нарушению областей, расположенных на достаточном удалении от первичного очага поражения. Обычно в течение следующих нескольких недель наблюдается масштабная перестройка церебральной деятельности: больной пытается восстановить утраченные функции с помощью нейронных цепей, которые никогда не используются для подобных задач здоровым мозгом. Наконец, инсульт непредсказуем. Зона поражения может быть обширной и обусловленной анатомическим распределением артерий, а потому не является надежным индикатором функциональной организации здорового мозга. Если бы мы не имели возможности визуализировать нормальный человеческий мозг, наша задача была бы сродни задаче подмастерья, который пытается постичь часовое дело, изучая сломанные механизмы.

Визуализация основана на простом принципе, сформулированном еще в XVIII веке французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье. Как и любой другой орган, мозг во время работы расходует больше энергии, чем в состоянии покоя. В своих первых исследованиях о дыхании животных[117]

(1789) Лавуазье предвосхитил то, как эта простая идея может быть применена к измерению мозговой активности:

Данный метод наблюдения приводит к сравнению между собою таких применений силы, между которыми, казалось, нет никакой связи. Можно оценить, например, сколько фунтов веса соответствует усилиям человека, который произносит речь, или музыканта, играющего на инструменте. Можно было бы даже оценить то, что составляет механическую часть в труде размышляющего философа, пишущего литератора, композитора, сочиняющего музыку. Указанные явления, рассматриваемые обычно как чисто духовные, имеют нечто физическое и материальное, что и позволяет в этом отношении сравнивать их с тем, что выполняет чернорабочий[118]

.

Пройдет 200 лет, прежде чем эта простая идея будет воплощена в жизнь. В 1988 году Стив Питерсен, Майкл Познер, Маркус Райхле и их коллеги первыми визуализировали области мозга, которые потребляют энергию во время чтения[119]

. Для выявления функциональной организации речевых центров они использовали позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). Лавуазье никак не мог предвидеть того своеобразного сочетания психологии и ядерной физики, на котором основан этот метод. Испытуемым вводят небольшое количество радиоактивной воды, в которой стандартный атом кислорода (16O) заменен кислородом 15. Кровь приносит радиоактивные метки в мозг, где клетки поглощают кислород из крови. Чем выше нейронная активность, тем больше радиоактивного вещества накопится в этой зоне. В результате локальные пики радиоактивности непосредственно отражают «горячие точки» мозга.

Через несколько десятков секунд атомы кислорода 15 самопроизвольно возвращаются в свое стабильное состояние (кислород 16), испуская позитрон – элементарную частицу, зеркальную копию электрона. Когда позитрон сталкивается с электроном, они превращаются в два высокоэнергетических фотона. Именно эти частицы света, разлетающиеся в противоположных направлениях, обнаруживает сканер. Кристаллы вокруг головы испытуемого передают эту информацию в мощный компьютер, и тот реконструирует место, где произошел распад. В итоге мы получаем трехмерное изображение, на котором показано точное распределение энергии, потребляемой мозгом. Отсюда сам термин «томография», образованный от греческих слов tomos («срез») и graphein («рисунок»).