Свидетельств о жизни и смерти галилеянина, которого мы знаем как Иисуса из Назарета, пока не найдено. Многие, собственно, верят, что он жив до сих пор. Но это не останавливает специалистов, которым хотелось бы разобраться в физиологических механизмах страданий одного из самых загадочных персонажей человеческой истории.
Существует целый ряд гипотез. Еще недавно наиболее популярным было предположение, высказанное в 1847 году английским врачом Уильямом Страудом, о «разрыве сердца». Оно не выдерживает никакой критики и давно отброшено, но о «сокрушенном сердце» Христа можно услышать до сих пор.
Другие говорили о кровяном сгустке — мол, он возник как результат пригвождения к кресту и со временем привел к тромбоэмболии легочной артерии. Третьи полагали, что Иисус задохнулся из-за неудобного положения.
Четвертые удивлялись, как вообще после римских экзекуций можно было хоть сколько-нибудь провисеть на кресте. Пятые указывают на то, что, если верить автору Евангелия Иоанна, при ударе копьем из груди Иисуса вытекли кровь и вода. Из трупа ничего не могло вытечь, то есть получается, что его добили солдаты, которые ошибочно приняли Иисуса за мертвого и поспешили снять с креста.
Последнее предположение кажется самым правдоподобным, но Джозеф Бержерон, практикующий врач из Индианы, считает, что и его нельзя назвать не противоречащим всем источниками и предлагает свою версию.
Исследователь размышляет над таким явлением, как посттравматическая коагулопатия. Эта смертельная триада включает быстрое падение температуры тела, внезапный отказ механизма свертывания крови и ненормальную кислотность последней, вызванную неправильным протеканием ряда биохимических реакций.
Врач полагает, что Иисус был распят в начале апреля — гипотермию могла вызывать сравнительно низкая температура. Внутреннее кровотечение в результате многочисленных травм от побоев привело к накоплению жидкости во внутренней полости — она и вытекла после удара копьем.
Но и у этой версии есть свои скептики. Ведь нет ни одного археологического свидетельства того, как именно производилось распятие. К тому же мы не знаем, какая именно погода стояла тогда в Иерусалиме и его окрестностях.
Человечество давно экспериментирует с разнообразными способами временно изменять работу мозга, чтобы получать возможности, недоступные в естественном режиме. Как правило, эти способы сводятся к употреблению натуральных либо синтезированных веществ. Но в распоряжении ученых есть и иной инструмент. Это электрическое или магнитное поле, и его применение приводит порой к поразительным результатам.
Апрельский номер журнала Nature рассказал об экспериментах Винсента Кларка, нейробиолога из Университета Нью-Мексико (США). Кларк обнаружил, что транскраниальная стимуляция мозга постоянным током (tDCS) повышает способность к обучению.
По условиям эксперимента группе добровольцев надлежало играть в компьютерную игру DARWARS Ambush, разработанную для тренировки военнослужащих, направляемых в Ирак.
Ее суть заключается в выработке умения замечать объекты, скрытые на фоне сложного ландшафта. Посредством электродов, прикладываемых к голове, испытуемые во время игры получали 30-минутную электростимуляцию на правой стороне мозга. Участники, которым подавался ток силой 2 миллиампера, показали результаты в два раза лучшие, нежели те, кто подвергался стимуляции током величиной всего 0,1 мА. «Они обучались быстрее, но у них нет никаких предположений или внутренних ощущений насчет того, почему это происходило», — говорит Кларк. Ученый рассматривает tDCS в качестве способа практически разделить механизмы обучения и сознания. По его словам, данная область исследований «в скором времени испытает взрывной рост и даст нам множество новой информации, в то же время, поставив перед новыми вопросами».
В 2000-е годы начало складываться понимание, за счет чего возникает наблюдаемый эффект от tDCS. Постоянный ток создает в ткани мозга электрическое поле, которое изменяет разность потенциалов между сторонами клеточных мембран. Так называемая «анодная» стимуляция, при которой ток направлен к электроду, приводит к деполяризации нейронов, в результате чего повышается их готовность ответить на поступивший сигнал от других клеток. Соответственно, «катодная» стимуляция, при которой ток течет от электрода, вызывает противоположный эффект, увеличивая разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембран и тем самым снижая возбудимость нейронов. Совсем недавно нейрофизиологам из Калифорнийского технологического института удалось экспериментально показать, что внеклеточные электрические поля действительно изменяют характеристики потенциалов действия нервных клеток.
Согласно фармакологическим исследованиям, в районе синаптических контактов под воздействием электрического тока увеличивается производство NMDA-рецептора. Это усиливает пластичность нервной ткани, временно придавая ей состояние, при котором нейроны склонны перестраивать свои соединения в ответ на внешний стимул, такой как обучение новому поведению. Например, в 2009 г. Леонардо Коэн из Национального института неврологических расстройств (Мэриленд, США) показал, что tDCS улучшила способность испытуемых обучаться простым упражнениям на координацию, причем это улучшение сохранялось спустя три месяца после эксперимента.
Помимо ускорения процессов обучения, стимуляция мозга оказывает влияние на ряд других свойств психики. В частности, эту методику всерьез рассматривают как перспективное средство для лечения депрессий, посттравматических стрессов, задержек речевого и психического развития, других нервных расстройств. В 2007 г. Фелипе Фрейни из Центра неинвазивной стимуляции мозга (Бостон, США) и Паоло Боджо из Университета Маккензи (Сан-Паоло, Бразилия) открыли любопытный эффект tDCS.
Оказалось, что воздействие постоянным током на область, расположенную выше виска, так называемую дорсолатеральную префронтальную зону, приводит к тому, что человек становится менее готовым к принятию рискованных решений. В рамках эксперимента ученые попросили студентов поиграть в незамысловатую игру, где нажатие на клавишу наполняло воздухом изображенный на экране воздушный шар. Чем сильнее получится раздуть шар, тем больше виртуальных денег достается участнику. В то же время, если шар лопнет, все накопления теряются.
Испытуемые, к которым применялась tDCS, вели себя более осторожно и останавливались раньше тех, кто не подвергался воздействию. По словам Боджо, этот результат можно использовать для лечения разного рода зависимостей, при которых людям не достает «тормозящего контроля» своих поступков.
Эти и ряд других аналогичных экспериментов позволяют заключить, что даже слабого и непродолжительного, как в случае tDCS, воздействия поля на мозг достаточно, чтобы улучшить его работоспособность. Вместе с тем неизбежно возникают, по меньшей мере, два вопроса: 1) почему более эффективный режим в естественных условиях выключен и 2) насколько велик потенциал стимуляции в плане усиления когнитивных способностей человека. В целом об ответах говорить пока рано, однако эксперименты нейробиолога Аллана Снайдера дают на этот счет определенную пищу для размышлений.
Профессор Снайдер руководит Центром по изучению сознания в Сиднее (Австралия). Он утверждает, что каждый из нас обладает возможностями, которые демонстрируют так называемые саванты, люди с экстраординарными способностями. В нормальном мозгу эти возможности присутствуют, но подавлены высокоуровневой обработкой информации, организующей целостное смысловое восприятие. У савантов же доступ к сырым, необработанным данным не блокирован, и они пользуются непосредственно тем, что содержит мозг. К сожалению, чаще всего такой открытый доступ сопровождается аутизмом, однако бывают исключения. Например, умственно и психически здоровый Орландо Серелл стал помнить подробности каждого дня своей жизни после того, как в возрасте 10 лет ему в голову попал бейсбольный мяч.
У обычного человека высокоуровневую блокировку можно временно снять методом низкочастотной магнитной стимуляции. В экспериментах Снайдера магнитные импульсы направлялись в левую переднюю височную долю испытуемых, после чего у них наблюдались заметные улучшения способностей в рисовании, чтении и счете. Эта зона участвует в семантической обработке и формировании категорий, а магнитное воздействие в чем-то аналогично временному подавлению этой области. В результате, как предполагает Снайдер, высвобождается активность правого полушария, и человек начинает воспринимать поток низкоуровневых данных, идущих оттуда.
Профессор предполагает, что фотографическая память, перемножение чисел в уме, умение хорошо рисовать и прочие способности савантов, — все это свойства, характерные для любого мозга. За исключением того, что саванты имеют к ним доступ, а у остальных он перекрыт активностью левого полушария. Но гипотетически можно научиться воздействовать на мозг таким образом, чтобы снять искусственное торможение и получить эти удивительные возможности. Если Снайдер прав, нас ожидают времена, когда в распоряжении людей появится когнитивный усилитель, и они будут использовать его в своей деятельности.
Применение магнитной стимуляции, как и транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS), представляют собой непроникающие методы воздействия, которые помимо очевидных достоинств имеют один недостаток. Вследствие того, что источник поля располагается на поверхности черепа, затронутым оказывается лишь небольшой слой коры, дальше которого стимуляция не оказывает никакого влияния. Однако в мозгу существуют структуры, находящиеся достаточно глубоко, и подача электрического тока на них также приводит к удивительным и благотворным для человека результатам. Чтобы добраться до этих структур, ученые используют метод глубокого вживления электродов в ткань мозга.
В отдельных случаях, если в мозг вставить электрод и подать на него напряжение, у человека пробуждаются неожиданные воспоминания. Первым это зафиксировал Уайлдер Пенфилд в 1950-х. Он лечил пациентов от эпилепсии с помощью глубокой электростимуляции. Во время процедуры люди оставались в сознании и подробно описывали свои ощущения. При подаче тока перед их глазами возникали различные сцены из их жизни. Прошлое буквально врывалось в настоящее: пациенты видели происходящее, слышали голоса, звуки, запахи. Они узнавали своих знакомых, родственников, окружающую обстановку, могли назвать точное место в городе, где «находились» в тот момент. При этом отдавали себе отчет в том, что в реальности лежат на операционном столе в Монреале.
Их воспоминания не были статичны. Они разворачивались с естественной скоростью, словно соматический опыт переживался вновь. Часто вспоминалась музыка — пациенты слышали песню, которая развивалась от фразы к фразе, от припева до куплета так, что они могли подпевать.
Примечательно, что задействованные нейроны активировались во второй раз легче, откликаясь на меньшее напряжение.
Время от времени исследователи повторяют результаты, описанные Пенфилдом. По понятным причинам они могут быть только побочным эффектом эксперимента, так как глубокая электростимуляция требует хирургической операции и применяется только в лечебных целях. В 2008 г. журнал Annals of Neurology сообщил о случае с 50-летним пациентом, которого пытались лечить таким методом от ожирения. Внезапно это вызвало у него яркое переживание эпизода 30-летней давности. Он оказался в парке со своими друзьями. Среди людей он также увидел свою девушку того периода жизни. Одежда окружающих соответствовала прошлому времени, люди в парке разговаривали.
Воспоминание было цветным. Интересно, что повышение напряжения с 3 до 5 вольт приводило к тому, что сцена становилась более живой и детальной.
Основываясь на подобных данных, исследователи полагают, что огромное количество фрагментов нашей жизни хранится где-то глубоко в нейронах и остается навсегда скрытым от нашего внимания.
Помимо оживления воспоминаний глубокая стимуляция порой способна буквальным образом оживить нечто более важное — сознание человека. Стоит отметить успешный эксперимент целой команды медиков и неврологов, которые сумели восстановить ключевые функции мозга у мужчины, шесть с половиной лет находившегося в состоянии минимального сознания. В результате разбойного нападения в 1999 г. он получил обширные повреждения головы и потерял способность к коммуникации и целенаправленному поведению.
Как позже показали томографические исследования, некоторые важные участки коры остались нетронутыми, но не функционировали. Это обстоятельство заинтересовало ученых. Они предположили, что в результате травм был отключен механизм, активирующий кору. Ключевая роль здесь принадлежит таламусу — структуре, в которой происходит обработка и интеграция практически всех сигналов, идущих в кору большого мозга от спинного, среднего мозга, мозжечка и базальных ганглиев. По мысли медиков, если подвергнуть электростимуляции ядра таламуса, это может привести к пробуждению сохраненных участков коры. Однако таламус находится глубоко в мозгу, поэтому никакая неинвазивная техника до него не достанет. Единственная возможность — внедрить электроды хирургическим путем.
После долгих обсуждений, касающихся в основном этических коллизий, возникших в связи с оперированием человека без его согласия, процедура была исполнена. Практически сразу же, в первые два дня работы электродов, состояние пациента заметно улучшилось. Он стал держать глаза открытыми продолжительное время и отзываться на голоса, поворачивая голову. Ученые, однако, были вынуждены сделать паузу на 50 дней, чтобы удостовериться, что улучшение не является неизвестным эффектом хирургического вмешательства. Затем на протяжении 18 недель таламус стимулировали различными сочетаниями частоты и продолжительности возбуждений, дабы найти наилучший вариант.
Больной фактически вернулся к жизни. Он стал отвечать на вопросы, мог держать в руках предметы и двигать конечностями. Он начал глотать пищу, а ведь до этого шесть лет его кормили через гастрономическую трубку. Его мать в интервью для прессы едва сдерживала слезы: «Теперь мой сын может говорить, есть и смотреть кино. Он может пить из кружки. Он может выражать боль. Он может смеяться и плакать…» Это был первый случай, когда методом глубокой стимуляции мозга удалось вытащить пациента из состояния минимального сознания.
Как видно из вышесказанного, стимулировать мозг можно разными способами, приближая к нему электрическое или магнитное поле либо помещая источник непосредственно внутрь головы. Однако стоит упомянуть еще один вариант: мозг получает стимуляцию даже тогда, когда электрический ток подается на другую, правильно выбранную, часть тела. И эта часть тела — язык. Экспериментально показано, что электротактильная стимуляция языка заметно улучшает координацию движений, чувство равновесия и владение речью у людей, испытывающих трудности в результате травм мозга или болезни.
Исследования в данном направлении проводит Юрий Данилов, возглавляющий Лабораторию тактильной коммуникации и нейрореабилитации в Университете штата Висконсин (США). По его словам, эта технология позволит разработать новые клинические приложения неинвазивной нейромодуляции для травм мозга, рассеянного склероза, инсультов, болезни Паркинсона и, кроме того, расширения возможностей сенсорных систем человека.
Большая часть описанных методов стимуляции мозга все еще требует специального оборудования и не выходит за пределы медицинских центров и научных лабораторий. В то же время насчет tDCS существуют серьезные опасения: чтобы воспроизвести опыт в домашних условиях, достаточно пары проводов, резистора и обычной 9-вольтовой батарейки. Если такой прокачкой мозга станут пользоваться обычные люди (например, студенты перед экзаменом), это даст им преимущество и, что более существенно, сформирует в обществе условия, подталкивающие граждан к использованию подобных устройств. Между тем возможны и побочные эффекты. Научный прогресс, как обычно, несет с собой разнообразные следствия, а задача человека разумного — достойно в них разобраться.
В классическом примере на тему вероятности говорится об обезьянах с пишущими машинками, которые рано или поздно случайно наберут пьесу Шекспира (в отечественном варианте — «Войну и мир» Толстого).
Американский программист Джесс Андерсон решил перейти от умозрительных рассуждений к практическому эксперименту и предоставил такой шанс виртуальным мартышкам.
Надо заметить, энтузиаст облегчил себе задачу: его обезьянки выдают строки стандартных символов без знаков препинания, заглавных букв, цифр и пробелов. Это значительно повышает вероятность появления осмысленного текста.
Более того, воспроизвести текст Шекспира наугад можно несколькими способами.
Простейший и самый трудный — добавление каждый раз одного случайного символа. Если обезьяна бьет по неправильной клавише, вся работа идет насмарку, даже если предыдущая тысяча знаков была правильной.
На другом конце спектра находится мысленный эксперимент британского биолога Ричарда Докинза. Он рассматривал пример с шекспировской строчкой «Methinks it is like a weasel» («По-моему, оно смахивает на хорька».). Эту фразу произносит Гамлет, обсуждая с Полонием форму облака. Докинз предложил случайный ввод символов в качестве аналога генетической мутации. Однако биолог добавил одно условие, характерное для естественного отбора: если какая-то буква оказывается правильной, она сохраняется, пока остальные перемешиваются и снова проверяются на «нужность». Это радикально сокращает время, которое требуется, чтобы прийти к правильному решению.
Программа г-на Андерсона гораздо ближе к этому примеру.
Каждая обезьяна выдает не один символ, а целых девять. Эти блоки затем сравниваются со всеми текстами Шекспира. Если они совпадают, блок помечается как полный. Поскольку используются только 26 символов, существует 5,4 трлн. девятизначных блоков. Но шанс на то, что удастся составить фразу Гамлета, равен одному к 1,2x1040. Программа была запущена 21 августа, и виртуальные мартышки выдали пока только 500 млрд. комбинаций.
Что г-н Андерсон действительно показал — так это то, что большое количество обезьян действительно может выдать фрагменты, которые охватят значительную часть шекспировского текста. Но у нас еще не хватает вычислительной мощности на создание достаточного количества виртуальных обезьян, чтобы создать нечто большее, чем несколько фрагментов.
Когда комары или москиты пьют нашу кровь, они сталкиваются с проблемой перегрева от горячей пищи. Вряд ли стоит напоминать, что насекомые — холоднокровные животные и что сами они не могут регулировать температуру собственного тела. Если бы мы находились в их положении, стакан горячего чая выводил бы из строя всю нашу биохимию и физиологию. Температура крови, да еще в таких дозах, в которых ее потребляют комары и москиты, нарушает физиологические ограничения в организме насекомого.
В то же время некоторые насекомые научились хотя бы отчасти, но управлять температурой тела. Шмели могут разогревать себя работой собственных мышц, а пчелы и тли используют для охлаждения нектар и сок растений.
Ученым из Университета Франсуа Рабле во Франции пришла в голову мысль, что двукрылые кровососы могут справляться с гастрономическим перегревом точно таким же образом. Чтобы проверить это, исследователи выполнили поистине ювелирную работу, засняв малярийного комара на инфракрасную камеру в тот момент, когда он сосал кровь.
Действительно, когда комар сосет кровь, его голова и передняя часть груди сильно нагреваются из-за поступающей крови. Но остальная часть тела сохраняет умеренную, нормальную для насекомого температуру. При этом никаких колебаний температуры не наблюдалось, если комар пил, к примеру, подслащенную воду. Как оказалось, во время еды у комара на заднем конце брюшка появлялась капелька жидкости. Именно она играла роль своего рода «водяного холодильника», оттягивая на себя тепло и рассеивая его в пространство.
Такой холодильник, по словам ученых, защищает не только самого комара, но и малярийного плазмодия, который в определенной фазе жизни обитает в теле холоднокровного насекомого. Если бы удалось лишить комара этого своеобразного кулера, можно было бы сразу убить двух зайцев: и назойливого кровососущего паразита, и возбудителя опасного заболевания.