Когда Бену исполнилось два года, обнаружилось, что у него рак сетчатки обоих глаз. Хирурги удалили ему оба глаза. Когда ему исполнилось семь лет, он разработал методику расшифровки окружающего мира: он щелкал ртом и прислушивался к Эху. Этот метод позволил Бену определить местоположение открытых дверей, людей, автомобилей, мусорных баков и так далее. Он занимался эхолокацией: отражал звуковые волны от объектов окружающей среды и ловил отражения, чтобы построить ментальную модель своего окружения.
Эхолокация может показаться невероятным подвигом для человека, но тысячи слепых людей усовершенствовали этот навык, как и Бен. Об этом явлении писали, по меньшей мере, с 1940-х годов, когда слово эхолокация впервые появилось в научной статье под названием “эхолокация слепых, летучих мышей и радаров”.
Как могла слепота породить ошеломляющую способность воспринимать окружающее своими ушами? Ответ кроется в дарованной мозгу эволюцией огромной приспособляемости.
Всякий раз, когда мы узнаем что-то новое, приобретаем новый навык или изменяем свои привычки, физическая структура нашего мозга меняется. Нейроны, клетки, ответственные за быструю обработку информации в мозге, связаны между собой и связи между ними постоянно меняются: усиливаются, ослабевают и находят новых партнеров. Область нейробиологии называет это явление пластичностью мозга.
Раньше нейробиологи были уверены — разные части мозга предназначены для выполнения определенных функций. Но недавние открытия перевернули старую парадигму. Изначально считалось, что одной части мозга «назначается» одна конкретная задача; например, задняя часть головного мозга называется «зрительной корой», потому что обычно она управляет зрением. Однако эту область можно «переназначить» для другой функции организма. В нейронах зрительной коры нет ничего особенного: это просто нейроны, которые участвуют в обработке форм или цветов у людей с функционирующими глазами. Но у слепых те же нейроны могут перестраиваться для обработки других типов информации.
В случае с Беном его мозг перепрофилировал зрительную кору для обработки звука. В результате, у Бена было больше нейронов, доступных для обработки слуховой информации, и это увеличенная мощность обработки позволила Бену интерпретировать звуковые волны в шокирующих деталях. Суперслух Бена демонстрирует более общее правило: чем больше мозговой территории имеет конкретное чувство, тем лучше оно работает.
Последние десятилетия принесли несколько откровений о перепрофилировании, но, возможно, самым большим сюрпризом является его быстрота. Мозговые контуры реорганизуются не только у ослепших, но и у зрячих, имеющих временную слепоту. В одном исследовании зрячие участники интенсивно учились читать шрифт Брайля. Половина участников были с завязанными глазами на протяжении всего опыта. В конце пяти дней участники, которые носили повязки на глазах, могли различать тонкие различия между шрифтом Брайля гораздо лучше, чем участники, которые не носили повязки на глазах. Участники с завязанными глазами демонстрировали активацию зрительных областей мозга в ответ на прикосновение и звук. После того, как повязка была снята, зрительная кора головного мозга вернулась в норму в течение дня, больше не реагируя на прикосновение и звук.
Но такие изменения не обязательно должны занимать пять дней; это просто узнали тогда, когда произошло измерение. Когда участников с завязанными глазами непрерывно изучали, сенсорная активность проявлялась в зрительной коре примерно через час.
Что общего между гибкостью мозга и сновидениями? Возможно, даже больше, чем предполагалось ранее. Бен явно извлек выгоду из перераспределения зрительной коры в другие органы чувств, потому что он навсегда потерял глаза, но как насчет участников экспериментов с завязанными глазами? Если наша потеря чувства зрения лишь временна, то быстрый захват территории мозга другим чувством может оказаться не столь полезным.
Возможно, поэтому мы видим сны.
В непрекращающейся борьбе за территорию мозга зрительная система сталкивается с уникальной проблемой: из-за вращения планеты все животные погружаются во тьму в среднем на 12 из каждых 24 часов. (Конечно, это относится к подавляющему большинству эволюционного времени, а не к нашему современному электрифицированному миру.) Наши предки фактически были невольными участниками эксперимента с завязанными глазами, каждую ночь в течение всей своей жизни.
Так как же зрительная кора мозга наших предков защищала свою территорию в отсутствие информации от глаз?
Возможно, что мозг сохраняет территорию зрительной коры, поддерживая ее активность в ночное время. Сон во сне существует для того, чтобы поддерживать активность нейронов зрительной коры, тем самым, противодействуя её захвату соседними органами чувств. С этой точки зрения сновидения в первую очередь являются визуальными именно потому, что это единственное чувство, которое находится в неблагоприятном положении из-за темноты. Таким образом, только зрительная кора уязвима таким образом, что требует внутренней активности для сохранения своей территории.
У людей сон прерывается быстрыми движениями глаз (REM) каждые 90 минут. Именно тогда происходит большинство сновидений. (Хотя некоторые формы сновидений могут возникать и в другое время, такие сновидения абстрактны, и лишены визуальной яркости быстрого сна.)
Быстрый сон запускается специальным набором нейронов, которые активируют зрительную кору головного мозга, заставляя нас что-то видеть, даже если наши глаза закрыты. Эта активность в зрительной коре, по-видимому, объясняет, почему сновидения являются живописными и кинофильмическими. (Схема такого сна также парализует мышцы во время быстрого сна, так что мозг может имитировать визуальный опыт, не двигая при этом телом.) Анатомическая точность этих схем предполагает, что сновидения во сне биологически важны, такая точная и универсальная схема редко развивается без важной функции, стоящей за ней.
Чтобы проверить идею на более глубоком уровне, мы расширили наше исследование на животных, отличных от людей. Теория защитной активации делает конкретный прогноз: чем более гибок мозг животного, тем больше быстрого сна он должен иметь, чтобы защитить свою зрительную систему во время сна. С этой целью мы исследовали степень “запрограммированности” мозга 25 видов приматов по сравнению с гибкостью при рождении. Как мы можем это измерить? Мы рассмотрели время, необходимое животным каждого вида для развития. Как долго они отлучаются от своих матерей? Как быстро они учатся ходить? Через сколько лет они достигнут подросткового возраста? Чем быстрее развивается животное, тем более запрограммирован мозг.
Как и предсказывалось, мы обнаружили, что особи с более гибким мозгом проводят больше времени в фазе быстрого сна каждую ночь.
Кстати, два вида приматов, которых мы изучали, вели ночной образ жизни. Но это не меняет гипотезы: всякий раз, когда животное спит, будь то ночью или днем, зрительная кора подвергается риску захвата другими органами чувств. Ночные приматы, обладающие сильным ночным зрением, используют свое зрение в течение всей ночи, когда они ищут пищу и избегают хищничества. Когда они впоследствии спят в течение дня, их закрытые глаза не допускают визуального ввода, и, таким образом, их зрительная кора требует защиты.
Схема сна настолько фундаментально важна, что ее можно обнаружить даже у слепорожденных. Однако те, кто родился слепым (или стал слепым в раннем возрасте), не испытывают визуальных образов в своих снах; вместо этого у них есть другие сенсорные переживания, такие как ощущение своего пути по перестроенной гостиной или слышание лая странных собак. Это происходит потому, что другие органы чувств захватили их зрительную кору. Другими словами, слепые и зрячие люди одинаково испытывают активность в одной и той же области своего мозга во время сновидений; они различаются только теми чувствами, которые там обрабатываются. Интересно, что люди, которые становятся слепыми после семи лет, имеют больше визуального содержания в своих снах, чем те, которые становятся слепыми в более раннем возрасте. Это также согласуется с теорией защитной активации: мозг становится менее гибким с возрастом, поэтому, если человек теряет зрение в более старшем возрасте, не визуальные чувства не могут полностью победить зрительную кору.
Если сновидения являются визуальными галлюцинациями, вызванными отсутствием визуального ввода, то можно ожидать, что подобные визуальные галлюцинации будут наблюдаться у людей, постепенно лишающихся визуального ввода во время бодрствования. На самом деле это именно то, что происходит у людей с дегенерацией глаз, у пациентов, прикованных к респиратору, и у заключенных в одиночной камере. Во всех этих случаях люди видят вещи, которых на самом деле нет.
Мы разработали нашу теорию защитной активации для объяснения зрительных галлюцинаций во время длительных периодов темноты, но она может представлять собой более общий принцип: мозг развил специфические схемы для генерации активности, которая компенсирует периоды депривации. Это может происходить в нескольких сценариях: когда депривация регулярна и предсказуема (например, сновидения во время сна), когда происходит повреждение сенсорного входного пути (например, шум в ушах или синдром фантомных конечностей), и когда депривация непредсказуема (например, галлюцинации, вызванные сенсорной депривацией). В этом смысле галлюцинации во время депривации могут быть скорее особенностью системы, чем ошибкой.
В настоящее время мы проводим систематическое сравнение различных видов в животном мире. До сих пор свидетельства были обнадеживающими. Некоторые млекопитающие рождаются незрелыми, неспособными самостоятельно регулировать температуру, добывать пищу или защищаться (вспомните котят, щенков и хорьков). Другие рождаются зрелыми, выходят из утробы с зубами, шерстью, открытыми глазами и способностью регулировать температуру, ходят в течение часа после рождения и едят твердую пищу (вспомните морских свинок, овец и жирафов). Незрелые животные имеют в 8 раз больше быстрого сна, чем рожденные зрелыми. Почему? Поскольку мозг новорожденного обладает высокой гибкостью, ему требуется больше усилий для защиты зрительной системы во время сна.
С самого начала общения сновидения ставили в тупик философов, священников и поэтов. Что означают сны? Предвещают ли они будущее? В последние десятилетия сновидения стали рассматриваться нейробиологами как одна из центральных неразгаданных загадок в этой области. Служат ли они более практичному, функциональному назначению? Мы предполагаем, что сон во сне существует, по крайней мере, частично, чтобы предотвратить захват зрительной коры головного мозга другими органами чувств, когда она не используется. Мечты, это противовес излишней гибкости. Таким образом, хотя сны уже давно стали предметом песен и рассказов, они могут быть лучше поняты как странное любовное поле пластичности мозга и смены дня и ночи.
ДЭВИД ИГЛМАН И ДОН ВОН.
Иглман-нейробиолог из Стэнфордского университета.
Вон невролог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.