2. Информационный портал


...

Прожектор

Представьте себе, что вы находитесь в большой комнате с белыми стенами, которая выглядит как экспериментальная лаборатория. У стен стоят полки, на которых штабелями лежат коробки, доверху набитые пластиковыми перчатками, медицинскими пластырями, лентами и подушками. В комнате есть также белые и голубые пластмассовые шары различного размера и объекты, похожие на огромные решетчатые шлемы. У объектов, которые стоят штабелями возле стен, есть одно свойство, которое их объединяет: они не являются магнитными. Посреди комнаты стоит белый куб — приблизительно два на два метра, он оснащен электромагнитом, создающим мощное магнитное поле, способное превратить маленький стальной кислородный баллончик в настоящий снаряд.

Чтобы создать такое сильное магнитное поле, требуются электромагниты, которые охлаждаются жидким гелием при температуре минус 296 °C. В центре куба есть цилиндрическое отверстие, а также выдвигающаяся кушетка, на которой можно поместить пациента и транспортировать его внутрь куба, с тем чтобы составить карту его мозговой активности.

Куб — это магнитно-резонансный томограф, один из самых сложных и умных приборов, позволяющих нам проследить, как функционирует человеческий мозг и, в частности, как функционирует механизм внимания. Поместив пациента в томограф, экспериментаторы давали ему разные задания, например переключить внимание с одной части картины на другую. А камера тем временем фиксировала состояние мозга. Примерно через полчаса после начала эксперимента была получена информация, позволившая точно определить, какие именно области мозга активизировались.

Техника позволяет проследить за процессами кровотока в мозге. Когда нейроны в отдельно взятой области мозга активизируются, туда устремляется поток крови, обогащенной кислородом.

В 1990-е годы ученые обнаружили, что поскольку гемоглобин воздействует на магнитное поле по-разному, в зависимости от того, присутствует ли в гемоглобине молекула кислорода или нет, магнитно-резонансная камера может использоваться для получения изображений мозговой активности. Камера также позволяет получить детализированные снимки мозга, с тем чтобы определить местонахождение опухолей и других аномалий. Но чаще всего, используя эффект обогащенного кислородом гемоглобина, ученые пытаются проанализировать функциональную деятельность мозга.

Эту методику называют магнитно-резонансным сканированием или функциональным магнитно-резонансным исследованием.

Ученые из медицинского колледжа в Висконсине Джулия Брефчински-Льюис и Эдгар Дейо использовали функциональную магнитно-резонансную методику, чтобы измерить уровень внимания23. Испытуемых поместили в магнитно-резонансную камеру и дали им задание — смотреть на экран, показывающий круг, разделенный на разноцветные сектора, наподобие мишени. Таким образом ученые изучали механизм произвольного внимания. В этом эксперименте было использовано еще одно свойство внимания — совместимость центрального фокусного внимания и периферического внимания. Например, мы можем смотреть на один предмет и в то же время направить внимание — на другой. Попробуйте смотреть на центр циферблата и в то же время не упускать из зоны внимания цифры.


23 Об исследованиях феномена внимания на функциональном магнитно-резонансном томографе см.: Brefczynski, J. A. & DeYoe, E. A. A physiological correlate of the 'spotlight' of visual attention. Nature Neuroscience, 1999. 2: 370–374.


Чтобы оценить результаты этого эксперимента, нам нужно знать, как в мозге обрабатываются визуальные впечатления. С помощью магнитно-резонансного томографа ученые обычно изучают разные функции мозга, и, прежде всего, деятельность коры головного мозга. Кора головного мозга представляет собой тонкий слой нервной ткани, покрывающий всю поверхность большого мозга и образующий множество складок. Благодаря складкам и извилинам она умещается в черепную коробку сравнительно небольшого объема. Визуальные сигналы поступают в затылочную долю, которая называется первичной зрительной корой. Отсюда сигналы передаются далее, в более специализированные визуальные области. Разные части изображения, разные сектора картины кодируются разными частями визуальной области коры мозга. Таким образом, визуальная область мозга составляет карту происходящего.

Когда испытуемые задерживают взгляд, переключая внимание с одного участка картины на другой, соответствующие зоны первичной визуальной области активизируются. Результаты, полученные методом томографии, настолько убедительны, что по активности мозга можно даже определить, куда испытуемый направит свое внимание.

Эти эксперименты позволяют более детально изучить биологические механизмы внимания. Если визуальная область — это карта, то внимание можно уподобить прожектору, который освещает определенные части этой карты24. Если какая-либо область освещена, значит, нейроны в этой зоне обладают высокой степенью активности, и, стало быть, более восприимчивы к приему информации25.


24 Многие исследователи сравнивают внимание с прожектором. См. в частности: Sengpiel, F. & Hubener, M. Visual attention: spotlight on the primary visual cortex. Current Biology, 1999. 9: R318 R321.

25 Более поздние исследования продемонстрировали, что нейроны активизируются, когда возникает стимул. В то же время они становятся более синхронизированными, то есть разные нейроны активизируются одновременно. Ритм учащается, достигая 40–70 колебаний в секунду. Измеряя степень синхронизации нейронов, можно вычислить скорость реакции. См.: Womelsdorf,T., Fries, P., Mitra, P.P. & Desimone, R. Gammaband synchronization in visual cortex predicts speed of change detection. 2006. Nature. 439:733–736.


По карте мозга можно определить разные параметры. В соматосенсорной коре мозга, например, содержится анатомическая карта — карта разных органов и частей тела. В одном из первых исследований мозговой активности и внимания нейрофизиолог Пер Роланд дал задание контрольной группе — закрыть глаза и сосчитать, сколько раз волосок прикоснется к их указательному пальцу. Однако во время эксперимента никто не прикасался к испытуемым. Но уже сам факт ожидания заставлял участников эксперимента направить свое внимание к указательному пальцу, и поэтому на сенсорном участке усилилась мозговая активность.