Современный анализ повреждений мозга

Через 100 лет после знаменательного открытия Дежерина мой коллега‑ невролог Лоран Коэн, я[111] и несколько других исследователей[112] вновь обратились к случаю месье К. Повреждения, которые описал Дежерин, оказались весьма распространенным явлением. У большинства наших пациентов с чистой алексией наблюдались поражения левой затылочно‑ височной области, причем в том же самом месте, что и у месье К. Такие повреждения часто возникают из‑ за тромба, блокирующего левую заднюю мозговую артерию, которая снабжает эту зону кровью. На рисунке 2. 1 показаны контуры очагов поражения, зафиксированные у трех недавних пациентов. Все они затрагивают нижнюю поверхность задней части левого полушария.

Магнитно‑ резонансная томография (МРТ) намного превосходит все инструменты, которые были доступны во времена Дежерина. Благодаря этому методу современный ученый не только не должен ждать вскрытия, чтобы заглянуть в череп больного, но и может создавать компьютерные изображения повреждений, наблюдаемых у разных пациентов, а затем объединить их в едином анатомическом пространстве, которое корректирует индивидуальные различия в размере и форме мозга. Это позволяет нам пойти дальше Дежерина: мы можем определить, какие части коры отвечают только за дефицит чтения, а какие вовлечены в другие сопутствующие нарушения, такие как утрата цветового зрения. Логика проста. Шаг 1: просканируйте большое количество пациентов с алексией и вычислите общий очаг поражения в трехмерном пространстве. Эта усредненная информация даст возможность устранить пространственную хаотичность, присущую инсульту, и изолировать области коры, чаще всего связанные с дефицитом чтения. Шаг 2: вычтите повреждения группы пациентов, не страдающих алексией. В итоге вы получите компьютерное изображение зон, повреждение которых частично провоцирует нарушение способности читать.

Подобный анализ, представленный на рис. 2. 1, показывает, что большинство отделов в задней части левого полушария не играют избирательной роли в чтении. Поражение этих затылочных областей часто наблюдается не только у людей с чистой алексией, но и у пациентов без дефицита чтения. Согласно результатам исследований, они участвуют в ранних стадиях зрительного анализа, которые не являются важными для чтения, но вносят значимый вклад в визуальное распознавание любой формы, цвета или объекта. Таким образом, инсульт, затронувший только эти задние участки, вызывает общие нарушения зрения. Как правило, такие пациенты теряют зрение в области зрительного поля и могут полностью или частично утратить способность воспринимать любые стимулы справа от точки фиксации. Как следствие, возникают сложности с чтением правой части слов и программированием правосторонних движений глаз. Хотя эти зрительные дефекты могут существенно замедлять чтение, особенно в случае предложений, требующих нескольких саккад, их не следует путать с чистой алексией как таковой[113].

Чистую алексию вызывают повреждения области, расположенной в нескольких сантиметрах спереди от затылочного полюса, на нижней поверхности левого полушария. Эта зона известна под разными названиями. Анатомы называют ее левой затылочно‑ височной областью, поскольку она находится на границе затылочной и височной долей, в пределах латеральной затылочно‑ височной борозды (см. рис. 2. 2). Лоран Коэн и я предложили называть ее областью зрительной формы слова – термин, ставший стандартным в научной литературе и подчеркивающий ее важнейшую роль в визуальном анализе букв и слов[114]. Оба термина достаточно длинные и сложные, поэтому в нашей книге я буду называть ее просто – «буквенная касса» мозга. Хотя этот вариант звучит менее научно, он превосходно отражает главную функцию этой зоны: она занимается буквами! Как мы скоро убедимся, «буквенная касса» действительно играет решающую роль в быстрой идентификации буквенной цепочки и ее передаче в высшие области, вычисляющие произношение и смысл.

В отличие от Дежерина, мы полагаем, что зрительное распознавание букв главным образом происходит не в угловой извилине в верхней задней части мозга, а в области «буквенной кассы», которая расположена ниже. Ошибку Дежерина, вероятно, можно объяснить довольно необычными повреждениями у месье К. В отличие от большинства пациентов с чистой алексией, область «буквенной кассы» месье К., вероятно, была не полностью уничтожена, а лишь отключена, как предположил сам Дежерин. Он ошибся только в расположении отсоединенной зоны, которая на самом деле лежит в вентральной части зрительной системы, а не в дорсальной области угловой извилины.

Сегодня мы знаем, что существует по крайней мере три причины нарушения нормального функционирования области зрительной формы слова[115]. Самый простой случай – это полное уничтожение в результате прямого поражения. Кроме того, эта область может быть отключена от остального мозга за счет повреждения восходящих связей и тем самым лишена зрительного входа, как в случае месье К. Причиной также может являться поражение нисходящих связей, в результате чего передача исходящих сообщений другим отделам становится невозможной. И в том и в другом случае последствия одинаковы: пациент теряет способность распознать написанные слова.

Рис. 2. 2. На смену классической неврологической модели чтения (вверху) пришла параллельная модель (внизу). Левая затылочно‑ височная область «буквенной кассы» идентифицирует визуальную форму слов, после чего передает эту зрительную информацию другим центрам левого полушария, кодирующим значение, звуковой паттерн и артикуляцию. Все области, выделенные зеленым и оранжевым, не являются специфичными для чтения: в основном они задействованы в обработке устной речи. Следовательно, овладение навыком чтения заключается в развитии эффективных взаимосвязей между зрительными и речевыми областями. Все связи являются двунаправленными. Их детальная организация пока изучена не до конца – по всей вероятности, связи между различными участками коры устроены гораздо сложнее, чем показано на этом рисунке.

Дежерин ошибался и в другом, более фундаментальном, вопросе. Он сильно недооценил общую сложность структуры мозга для чтения. Дежерин и многие другие ученые после него, в частности гарвардский невролог Норман Гешвинд[116], рассматривали обработку информации как простую цепочку последовательных операций. Они утверждали, что написанные слова поступают в затылочный полюс в виде визуальных паттернов, а затем отправляются в угловую извилину, где вступают в контакт со зрительными образами слов. После этого активация распространяется на область Вернике, где хранятся слуховые модели слов, затем на зону Брока, где извлекаются артикуляционные паттерны, и, наконец, на моторную кору, которая управляет мышцами. Такая последовательная схема напоминала конвейер на заводе и имела очевидный налет механистических аналогий XIX века, сравнивавших мозговую функцию с распространением электричества или работой паровой машины. Конечно, существовала прямая связь между первыми неврологическими моделями функционирования мозга и гидравлическими схемами, использованными Рене Декартом для описания рефлексов как «животных духов», циркулирующих в теле по особым трубкам. Рефлекторная дуга оставалась доминирующей метафорой для нескольких поколений ученых и философов.

Разумеется, нельзя винить Дежерина в том, что он не сумел предвидеть результаты целого столетия психологических и неврологических исследований. Сегодня на смену последовательной схеме пришла параллельная модель, в которой несколько функций реализуются одновременно. Попытавшись запрограммировать визуальное распознавание форм на компьютере, мы поняли, что зрение – сложный процесс, который нельзя свести к простой цепочке мозговых «образов». Для распознавания одного символа требуется несколько изощренных операций. А ведь зрительный анализ – это только первый шаг в чтении. Затем необходимо сопоставить множество отдельных репрезентаций: корни слов, их значения, звуковые паттерны, моторные схемы их артикуляции. Каждая из этих операций предполагает одновременную активацию нескольких областей коры, но их связи не организованы в линейные цепи. Все отделы мозга работают одновременно и в тандеме, а их сигналы постоянно пересекаются друг с другом. Все связи являются двунаправленными: как только область А подключается к области Б, автоматически возникает обратная проекция от Б до А.

На основе этих базовых анатомических принципов я составил новую схему того, как может выглядеть мозг читателя (рис. 2. 2). Все области на этом рисунке задействованы в чтении слов. Конечно, мой эскиз следует рассматривать как предварительный, так как он слишком прост и, по всей вероятности, не отражает многие важные области и связи. В отличие от схемы Дежерина, иллюстрирующей последовательное представление об организации мозга, в моей модели несколько зон мозга могут быть активны одновременно. Точное влияние каждой из них обсуждается до сих пор. Хотя в нашем распоряжении имеется целый арсенал инструментов визуализации, определить конкретные функции каждой области сложно: все они работают параллельно и взаимодействуют на больших скоростях. В отличие от Дежерина, мы не можем просто «поместить» зрительные, слуховые и моторные образы в разные места на поверхности мозга. Безусловно, мы располагаем более точными представлениями о функционировании коры, но это только усложняет задачу нейропсихолога и заставляет задаться вопросом: наступит ли тот день, когда мы достигнем интуитивного понимания столь сложного устройства?

Неизвестно, смогут ли ученые до конца постичь мозг читателя. Пока можно сказать одно: за последнее время наше понимание организации нейронных сетей, отвечающих за чтение, в особенности «буквенной кассы», однозначно продвинулось вперед. Теперь мы знаем, что эта область зрительного ввода представляет собой воронку, через которую проходит вся визуальная информация о написанных словах, прежде чем распределиться по множеству центров левого полушария. Такая стратегическая позиция объясняет, почему повреждение этой области приводит, как в случае месье К., к полной утрате способности обрабатывать письменные слова. Но каковы же принципы, которые позволяют ей функционировать?