Данные о различиях в функционировании мозга известных и начинающих музыкантов стали основой проведенных в последние несколько лет исследований того, как люди достигают вершин в своей области. Ученые обнаружили, что случается, когда стресс-факторы становятся причиной слабых выступлений даже очень подкованных в своей профессии людей.
В функциональном МРТ-исследовании, помимо прочего, измеряется уровень потребления кислорода мозгом конкретного человека. Любая его активность задействует клетки, называемые нейронами. Последние излучают электрические микроимпульсы, которые, в свою очередь, создают магнитное микрополе. Аппараты функциональной МРТ не могут уловить такие слабые импульсы. Но они способны измерить уровень потребления кислорода различными участками мозга. Активизировавшиеся нейроны требуют повышенной дозы кислорода, который попадает в активные участки мозга с увеличившимся током крови. Такая кровь имеет магнитные свойства, отличные от тех, что свойственны ненасыщенной. И сканер аппарата МРТ может это уловить. Иными словами, насыщение кислородом крови, поступающей в мозг, возрастает с увеличением активности нейронов в конкретной его части. Именно этот показатель и отражает уровень работы мозга человека.
Можно было бы ожидать, что насыщенность крови кислородом падает с активизацией мозга, поскольку всё больше его участков требуют всё больше кислорода. Но это не так. Действительно, в какой-то момент количество кислорода в мозге после его активизации падает, но это тут же компенсируется увеличением притока крови. Причем до уровня перенасыщения кислородом активных участков. Обычно такой обильный приток крови длится около шести секунд, а затем всё возвращается к обычным показателям. Функциональная МРТ измеряет не активность нейронов, а приток крови, который обеспечивает их деятельность.
Функциональная МРТ — замечательный исследовательский инструмент. Но его возможности не безграничны. Например, импульсы между нейронами распространяются очень быстро, а кровь в сосудах течет медленно. Нейронные связи осуществляются при помощи сигналов, длительность которых составляет несколько миллисекунд. И это оправданно: критические для человека события могут произойти за десятки миллисекунд. А быстрые нейроны позволяют нам вовремя отреагировать. Но человеческому организму требуется около двух секунд, чтобы обеспечить повышенный приток крови к активизировавшимся нейронам, и около 18 секунд, чтобы снизить его до обычного уровня после замедления нейронов. Здесь функциональная МРТ дает отличные возможности выявить участки мозга, активные при выполнении определенной задачи. Но эти технологии, к сожалению, не могут дать ответ на вопрос о длительности периодов этой активности.
Нейроны очень малы. А масштаб измерений функциональной МРТ относительно велик. Наш мозг содержит приблизительно триллион нейронов, каждый из которых имеет размер 1/100 мм. Самое маленькое объемное трехмерное изображение (voxel), которое может дать функциональная МРТ, имеет размеры 3 × 5 мм. А на практике исследователи при изучении активности участков мозга оперируют на томограмме несколькими такими единицами. Так что данные функциональной МРТ дают представление только о средней активности нейронных групп, состоящих из сотен тысяч, а то и нескольких миллионов нейронов. Не слишком высокая точность. К тому же, когда мы используем технологии функциональной МРТ, чтобы сделать вывод, что данная область мозга отвечает за решение конкретной задачи, то исходим из предположения (обоснованного, но все же), что все присутствующие нейроны отвечают именно за это.
Я так много рассказываю о функциональной МРТ, поскольку ее данные определенно указывают на взаимосвязь между умственной деятельностью и активностью нейронов.
Чтобы заглянуть в наши головы, психологи используют и другой инструментарий. Это, в частности, электроэнцефалограмма (ЭЭГ). При ее снятии человеку на голову прикрепляют особые электроды, чтобы определить электрическую активность мозга. Электроды улавливают через кожу головы электрические микроимпульсы от нейронов. ЭЭГ напрямую измеряет электрическую активность нейронов (а не изменение тока крови в связи с изменением их активности) и позволяет ученым более точно оценивать временные промежутки в работе нейронов, чем МРТ. Однако поскольку ЭЭГ отражает деятельность всех нейронов человеческого мозга, на ее основе трудно делать выводы о том, какой именно его участок задействован в данный момент.
До того как в медицине и науке стали широко применяться технологии МРТ, популярным методом нейровизуализации была позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Она подразумевает введение в кровь обследуемого радиоактивных маркеров, перемещение которых по кровотоку измеряется при проявлении мозгом разных видов активности (восприятие информации, анализ, моторика). Так же как и в МРТ, в ПЭТ мы исходим из того, что части человеческого мозга, которые в данный момент активны, требуют большего количества кислорода и питательных веществ, в частности сахара. Мы также полагаем, что в ответ на возросшие потребности мозга в кислороде и сахаре сердечно-сосудистая система обеспечивает их приток в мозг. Если при МРТ измеряется содержание кислорода в крови, то ПЭТ определяет собственно кровоток в мозге человека. Поскольку технология ПЭТ относится к инвазивным методам исследования (в организм человека вводятся радиоактивные элементы), сейчас она сдает позиции магнитно-резонансной томографии.
Конечно, возможности функциональной МРТ впечатляют. Однако (по крайней мере, в ближайшее время) не следует приписывать ей способность со стопроцентной точностью расшифровать то, что происходит в нашей голове. Компания из Сан-Диего No Lie MRI утверждает, что МРТ может быть использована для «определения правдивости человека или в качестве детектора лжи». Другие утверждают, что с ее помощью можно читать мысли. Такие заявления возбуждают интерес публики, но сканирование мозга при МРТ — просто сканирование. Технология дает важную информацию об активности нейронов. Однако сама по себе она не в состоянии объяснить всю сложность человеческого поведения, включая настроения, мотивации, намерения, принятие решений и тревогу. Данные о мозговой деятельности человека — только маленькая деталь огромной головоломки под названием «поведение и способности человека».
Возможно, мы считаем функциональную МРТ такой интересной потому, что еще не знаем ее потенциала. Это похоже на то, как мы вдруг открываем для себя нового спортсмена, которого до этого никто толком не знал. Мы надеемся на безграничные информационные возможности, которые якобы может дать нам очередной технологический прорыв. Вспомните историю известной американской теннисистки Мелани Уден. О ней практически никто не слышал в профессиональном теннисе до того момента, когда в открытом первенстве США 2009 года она одержала ряд сенсационных побед над известными игроками, включая Марию Шарапову. Благодаря этому Мелани пробилась в четвертьфинал, и совершенно неожиданно эта голубоглазая блондинка из города Мариетт стала известна каждой американской семье. В мире тенниса заговорили о том, что родилась будущая суперзвезда.
Некоторые наблюдатели утверждали, что причиной популярности Мелани Уден стало ее дерзкое поведение на корте. Она носила кроссовки с надписью «Вперед!» и любила обострять игру у сетки. Но скорее дело было в том, что тогда никто еще не знал ее возможностей. Еще за год до турнира 2009 года она играла в юниорской лиге. Ей нечего было терять, когда она впервые появилась на турнирах Большого шлема, зато она многое могла получить. И все же Мелани предстоит еще на деле доказать свою настоящую цену. Пока Уден не начнет выигрывать турниры Большого шлема, мы должны осторожно оценивать ее первый успех на домашнем первенстве[5].