Первые операции расщепления мозга на людях

 

Первые операции расщепления мозга произвел в начале 40-х годов нейрохирург из Рочестера Уильям Ван Вэгенен (W. Van Wagenen). Послеоперационное исследование, проведенное Эндрью Акелаитисом [4], показало удивительно мало в плане дефицита перцептивных и двигательных функций. Операция, по-видимому, совершенно не повлияла на повседневное поведение больных. К сожалению, операция мало, что дала и для облегчения того состояния, по поводу которого она предпринималась. Эффект ослабления судорог у разных больных сильно варьировал.

Ретроспективно оценивая эти данные, можно предположить, что вариабельность была обусловлена двумя причинами:

Исследование расщепленного мозга

Рис. 2.1. Основные межполушарные комиссуры. Вид правой половины мозга на срединном сагиттальном срезе (S,perry R W. The Great Cerebral Comissure, 1964).
I) индивидуальными различиями в природе эпилепсии у больных; 2) разнообразием действительных операций, произведенных каждому из больных.

 

На рис. 2.1 показано мозолистое тело и соседние, менее крупные комиссуры.

 

 Операции Ван Вэ-генена значительно разнились одна от другой, но обычно они включали рассечение передней половины мозолистого тела. У двух больных он перерезал также отдельный пучок волокон, известный под названием передней комиссуры.

В то время значение этих факторов не было известно, и Ван Вэгенен вскоре перестал производить комиссуротомию в случаях не поддающейся лечению эпилепсии. Было ясно, что она не дает тех существенных эффектов, на которые он надеялся. Несмотря на эти обескураживающие результаты, другие исследователи продолжали изучать функции мозолистого тела на животных. Спустя десятилетие, в начале пятидесятых годов, Рональд Майерс и Роджер Сперри сделали замечательное открытие, которое стало поворотным пунктом в истории исследования этой загадочной структуры.

Майерс и Сперри показали, что зрительная информация, предъявленная одному полушарию мозга кошек с перерезанным мозолистым телом, недоступна для другого полушария [5]. У большинства высших животных зрительная система устроена так, что каждый глаз в норме дает проекцию на оба полушария. Однако путем перерезки на уровне перекреста зрительного нерва, называемого хиазмой, экспериментатор может ограничить посылку информации от глаза только одноименным (ипсилатеральным) полушарием. Зрительный вход от левого глаза направляется лишь к левому полушарию, а вход на правый глаз —только к правому.

Майерс производил эту операцию на кошках, а затем обучал их выполнять задачу на различение зрительных стимулов, накладывая на один глаз повязку. Задача на различение стимулов включает, например, обучение животного нажимать на рычаг, если оно видит круг, и не нажимать, если ему предъявляется квадрат. Даже если обучение происходит в условиях, когда один глаз закрыт, нормальная кошка впоследствии может выполнить эту задачу, воспринимая стимулы любым глазом. Майерс обнаружил, что кошки с перерезанным зрительным перекрестом также способны выполнить эту задачу после обучения с одним завязанным глазом. Однако, если кроме зрительного перекреста он перерезал еще и мозолистое тело, то получались совершенно иные результаты.
Если у кошки один глаз был открыт, а другой завязан во время обучения, она хорошо справлялась с задачей, но когда повязку переносили на другой глаз, она уже не могла выполнить требуемых действий. На самом деле нужно было снова обучать ее выполнять ту же задачу, затрачивая на обучение то же время, что и в первый раз. Майерс и Сперри сделали вывод, что перерезка мозолистого тела не дает возможности информации, поступающей к одному полушарию, переходить в другое. В сущности, они обучали только одну половину мозга. На рис. 2.2 схематически показаны различные условия их экспериментов.
Эти данные, а также некоторые дальнейшие исследования заставили двух нейрохирургов, работавших поблизости от Калифорнийского технологического института, заново пересмотреть возможность использования операции расщепления мозга для лечения тяжелых форм эпилепсии у людей. Хирурги Филипп Фогель и Джозеф Боген решили, что некоторые из прежних операций не дали положительных результатов потому, что разъединение полушарий было неполным. Как упоминалось выше, операции Ван Вэгенена, проделанные разным больным, были неодинаковыми. Иногда оставались неперере-занными некоторые части мозолистого тела и небольшие комиссуры; и эти оставшиеся волокна, возможно, связывали полушария в достаточной степени для того, чтобы замаскировать эффект перерезки. На основании этих рассуждений и новых данных на животных, показавших отсутствие вредных последствий операции, Боген и Фогель осуществили полную комиссуротомию у первого больного из новой группы страдавших от не поддающейся лечению эпилепсии.

 

 

Рис. 2.2. Эксперимент с расщеплением мозга у животных. В нормальных условиях стимул воспринимают оба глаза и оба полушария.

В эксперименте эту ситуацию изменяют следующими способами.

А. Если завязывают один глаз, другой все еще посылает информацию к обоим полушариям.

Б. Если завязывают один глаз и перерезают зрительный перекрест, зрительная информация все еще поступает к обоим полушариям через мозолистое тело.

В. Если завязывают один глаз и перерезают зрительный перекрест вместе с мозолистым телом, зрительную информацию получает только одно полушарие.

 

Рассуждения Богена и Фогеля оказались правильными. В некоторых случаях улучшение состояния больных после операции даже превзошло ожидания. Поразительным было то, что в отличие от влияния на судорожную активность операция, казалось, не изменяла личности, интеллекта и поведения вообще, как это было и с больными Ван Вэгенена. Однако более обширное и тщательное исследование, которое провели Майкл Газзанига и Роджер Сперри, вскоре обнаружило, что дело обстоит значительно сложнее.

Тестирование последствий разделения полушарий

 

Больная Н. Дж., домохозяйка из Калифорнии, сидит перед экраном, в центре которого находится небольшая черная точка. Ее просят смотреть прямо на эту точку. После того как экспериментатор убедился, что она это делает, на экране справа от точки на мгновение вспыхивает изображение чашки. Н. Дж. сообщает, что она видела чашку. Ее снова просят фиксировать взгляд на точке. На этот раз изображение ложки вспыхивает слева от точки. Больную спрашивают, что она видела теперь. Она отвечает: «Ничего». Тогда ее просят завести левую руку за экран и выбрать на ощупь из нескольких предметов тот, который ей только что предъявляли. Ее левая рука ощупывает каждый предмет и затем берет ложку. Когда больную спрашивают, что она держит в руке, она отвечает: «Карандаш».

И снова больную просят фиксировать взгляд на точке. Слева от точки вспыхивает изображение обнаженной женщины. Лицо Н. Дж. слегка краснеет, и она начинает хихикать. Ее спрашивают, что она видела. Она говорит: «Ничего, просто вспышку света» — и опять хихикает, прикрывая рот рукой. «Почему же тогда вы смеетесь?» — спрашивает исследователь. «Ой, доктор, ну и машина у вас» — отвечает она.

Только что описанная процедура, изображенная на рис. 2.3, часто используется для исследования больных с расщепленным мозгом. Больной сидит перед тахистоскопом — прибором, который позволяет исследователю точно контролировать время, в течение которого изображение проецируется на экран. Изображение удерживается недолго, примерно в течение 0,1—0,2 с (100—200 мс), чтобы у больного не было времени переместить взгляд с точки фиксации, пока изображение еще на экране 1. Эта процедура необходима для уверенности в том, что зрительная информация изначально предъявляется только одному полушарию. Стимулы, предъявляемые одному полушарию, называют латерализованными.

1 Быстрые движения глаз, которые имеют место при разглядывании, когда взгляд перемещается от одной точки к другой, называются саккадическими движениями, или саккадами. Хотя саккады осуществляются чрезвычайно быстро, для того чтобы начать эти движения, требуется около 200 мс. Если стимул предъявляется на более короткое время, то к тому моменту, когда движение глаз произойдет, стимула на экране уже не будет.

Нервная система человека устроена так, что каждое полушарие мозга получает информацию главным образом от противоположной стороны тела. Этот принцип контралатеральной, проекции относится как к зрению и слуху, так и к движениям тела и ощущению прикосновения (соматосенсорная информация), хотя со зрением и слухом ситуация более сложная.

В зрении принцип контралатеральной проекции относится не столько к правому и левому глазу, сколько к правой и левой стороне поля зрения. Когда взгляд обоих глаз фиксируется в одной точке, стимулы, появляющиеся справа от точки фиксации, регистрируются левой половиной мозга; правая половина мозга воспринимает все, что появляется слева от точки фиксации.

Рис. 2.3. Основные приспособления, используемые для латерализации зрительной и осязательной информации и для получения от испытуемого ответа, основанного на осязательных ощущениях.

 

Это разделение и перекрещивание зрительной информации является следствием распределения между полушариями нервных волокон, идущих от соответствующих областей обоих глаз. Рис. 2.4 показывает схему организации зрительных проекций и нервных связей.

В исследованиях на животных, как мы видели, зрительную информацию можно направить к одному из полушарий, перерезав зрительный перекрест так, чтобы целыми остались волокна зрительного нерва, передающие информацию к полушарию, находящемуся на той же стороне, что и глаз. Это позволяет экспериментатору легко предъявлять стимул каждому из полушарий отдельно, просто помещая его в поле зрения соответствующего глаза.

Рис. 2.4. Зрительные пути, несущие информацию к полушариям.

 

При фиксации взора на точке каждый глаз видит оба поля зрения, но посылает информацию о правом поле зрения только левому полушарию, а информацию о левом поле зрения только правому полушарию. Этот перекрест и расщепление обусловлены характером разделения нервных волокон, отходящих от сетчатки. Представительства полей зрения в левом и правом полушарии в норме связаны между собой через мозолистое тело. Если мозолистое тело перерезано, а глаза и голова неподвижны, каждое полушарие может воспринимать с помощью зрения только половину видимого мира.

Эта процедура применяется, однако, только на животных, потому что перерезка перекреста существенно снижает периферическое зрение, уничтожает возможность бинокулярного восприятия глубины я не является необходимой с точки зрения медицинских показаний для операции расщепления мозга у людей. По этим причинам исследователи, желающие послать зрительную информацию только к одному полушарию больного с расщепленным мозгом, должны делать это путем сочетания контролируемой фиксации взгляда и предъявления информации на одну сторону пространства.

Взяв за основу эти сведения, давайте теперь вернемся к анализу тестов, проведенных с больной Н. Дж. В этих тестах больная видела левую половину экрана (все, что было слева от точки фиксации) правой стороной мозга, а все, что было справа,— левым полушарием. Расщепление мозга предотвращала нормальный обмен информацией между двумя полушариями, что имело место до проведения операции. По существу, одна половина ее мозга не видела того, что видела другая, и положение дел выявлялось в значительной мере благодаря тому дополнительному обстоятельству, что только одно полушарие контролирует речь.

Вследствие этого больная совершенно нормально давала отчет о стимулах, которые попадали в правое поле зрения (проецирующееся к речевому левому полушарию), хотя была неспособна сказать что-либо о том, что вспыхивало в ее левом поле зрения (информация от которого посылалась к «немому» правому полушарию). То, что она «видела» стимулы в левом поле зрения, хорошо демонстрируется тем фактом, что ее левая рука (управляемая в основном правым мозгом) могла выбрать ложку среди нескольких предметов, скрытых от взгляда. Это видно также из ее эмоциональной реакции на картину обнаженного тела, несмотря на ее утверждение, будто она ничего не видела [6].

Реакция больной на изображение обнаженного тела особенно интересна. Она казалась озадаченной своей собственной реакцией на то, что появилось. Ее правое полушарие видело изображение и обработало информацию в достаточной мере для того, чтобы вызвать общую, невербальную реакцию — хихиканье и краску смущения. Между тем левое полушарие не «знало», что видело правое, хотя замечание больной насчет «удивительной машины» является, по-видимому, признаком осознания им телесных реакций, вызванных правым полушарием. Для левого полушария вообще весьма характерны попытки осмыслить, что происходило в ситуации, когда информация предъявлялась правому полушарию. В результате левый мозг иногда выступает с ошибочными заявлениями и часто вырабатывает рационалистические объяснения, основанные на отдельных намеках.

Перекрестное подсказывание

 

По мере продолжения исследования больных с расщепленным мозгом все чаще и чаще приходилось наталкиваться на несоответствие данных. Больные, ранее не способные словесно определить спрятанный от взгляда предмет, взятый левой рукой, начинали называть некоторые предметы. Правильно назывались также некоторые изображения, вспыхивающие в левом поле зрения (проекция к правому полушарию). Одно из объяснений этих результатов состоит в том, что с течением времени правое полушарие больного обретает речевые способности. Другое заключается в том, что между полушариями происходил обмен информации, осуществлявшийся по каким-то другим, неперерезанным путям.

Хотя это были интересные, захватывающие возможности, Майкл Газзанига и Стивен Хиллъярд нашли значительно более простое объяснение этим данным [7]. Для обозначения попыток больных использовать любые намеки для того, чтобы сделать «нформацию доступной для обоих полушарий, они предложили термин перекрестное подсказывание. Перекрестное подсказывание наиболее очевидно в таком простом случае, когда больным дают подержать левой рукой и определить на ощупь предмет, находящийся вне поля их зрения и потому отсоединенный от «речевого» левого полушария. Если, например, в левую руку дать расческу или зубную щетку, то больной будет часто поглаживать щетку или поверхность расчески. И тогда он сразу определит предмет, потому что левое полушарие слышит звуки, позволяющие составить представление о предмете. I

I Частота упоминаний об этих рассказах заставила забыть, что речь идет о редких случаях, которые даже самими участниками рассматриваются как странные, отдельные примеры. Две стороны тела действуют в основном координированно. Поэтому для того, чтобы узнать о произведенной больному операции, приходится применять целый набор изощренных тестов, специально предназначенных для идентификации комиссуротомии. Намного более обычными являются сообщения о возникающих после операции тонких изменениях в поведении или способностях больного. Хотя тщательное исследование не подтвердило наличия некоторых из них, другие изменения действительно оказались следствием произведенной операции. Несколько больных сообщили об испытываемых ими после операции больших затруднениях в установлении связи между именами и лицами. Это подтвердилось исследованием, в котором испытуемые должны были сначала запомнить имена каждого из трех молодых людей, изображенных на картинках [9].

 

Перекрестное подсказывание дает возможность одному полушарию обеспечить другое информацией о том, что оно узнаёт. Прямой канал передачи информации уничтожен операцией, и больному остается только использовать непрямые намеки как единственное средство общения между полушариями в большинстве случаев. Перекрестное подсказывание нередко может быть довольно тонким и подвергает испытанию изобретательность исследователей, изыскивающих способы исключить его из экспериментальной ситуации.

Хорошим примером этого является больной, который мог сказать, что вспыхивало — 0 или 1 — при подаче стимулов к любому из полушарий. Тот же больной был не в состоянии назвать предметы, изображение которых предъявлялось правому полушарию, или определить большинство предметов, помещаемых в его левую руку. Это означало, что его правое полушарие не обладает речевыми способностями. Исследователи предположили, что в ситуации, когда больной называл цифры, предъявляемые правому полушарию, участвовало перекрестное подсказывание. Они выдвинули гипотезу о том, что после предъявления стимула в левом поле зрения левое полушарие начинает считать «про себя» и что эти сигналы улавливаются правым полушарием. Когда оно доходит до правильного числа, правое полушарие дает ему сигнал остановиться и произнести это число вслух.

Для проверки этой идеи больному предъявляли более сложный вариант задачи: в набор стимулов без его ведома были добавлены цифры 2, 3, 5 и 8. Сначала больной очень удивился, когда ему предъявили новое число. Его ответ на первое неожиданное число, показанное правому полушарию, был: «Прошу прощения». Однако после небольшой, тренировки он смог давать правильные ответы на все числа, предъявлявшийся правому полушарию, но с задержкой, если число было большим, в противоположность этому ответы на те же числа, предъявлявшийся в правом поле зрения (левому полушарию), были достаточно быстрыми.

Эти данные хорошо согласуются с идеей о том, что левое полушарие начинало беззвучно считать после предъявления цифры правому полушарию. Чем больше число, тем длиннее ряд чисел, по которому должно пройти левое полушарие, прежде чем достигнет нужного.

Перекрестное подсказывание вовсе не является сознательной попыткой больного обмануть исследователя. На самом деле оно отражает естественное стремление организма использовать любую доступную информацию для того, чтобы осмыслить происходящее. Наличие такого стремления, по существу, помогает нам лучше понять причины видимого отсутствия изменений в обычном, повседневном поведении больных, перенесших операцию расщепления мозга.

Тщательно разработанные методы тестирования, исключающие перекрестное подсказывание, могут, однако, выявить поразительные эффекты «разъединения», вроде тех, которые описаны у больной Н. Дж. В таких ситуациях больной не способен сказать, что показывали его правому полушарию, хотя его левая рука может правильно указать на этот предмет. Больной не может назвать предмета, помещенного в его левой руке, не видя его, но он может отобрать (той же рукой) другие предметы, связанные с этим (например, коробку спичек после того, как в руке побывала сигарета).

У наблюдателя, незнакомого с историей болезни испытуемого, эти данные создают впечатление, что левая рука имеет свою собственную память. Они становятся менее таинственными, когда мы осознаем, что операция расщепления мозга отъединила правое полушарие больного от центров левого полушария, контролирующих речь. Левая рука, таким образом, является основным средством, с помощью которого правое полушарие может общаться с внешним миром.