Мозг: биография. Извилистый путь к пониманию того, как работает наш разум, где хранится память и формируются мысли

Читатели новых переводных текстов хорошо знали разницу между позицией Авиценны и Аристотеля, отводящих центральную роль сердцу, и ориентированными на мозг концепциями Салернской школы и Галена, а также были знакомы с различными попытками мыслителей найти в этом вопросе золотую середину. В XIII веке, например, Альберт Великий[16] пытался добиться невозможного, доказывая, что Гален был неправ и что все нервы действительно происходят из сердца, как сказал Аристотель [30]. Современный ответ на столь противоречивые утверждения состоял бы в прямых наблюдениях. Решение в Средние века было схоластическим и теоретическим: мыслители стремились примирить противоположные взгляды своих почитаемых предшественников путем тщательного текстологического анализа, а не экспериментов.

Но в начале XIV века власть средневековой схоластики над анатомическим знанием несколько ослабла в Болонской медицинской школе, где Мондино де Луцци был профессором медицины и анатомии. Мондино создал рукопись под названием Anatomia Mundini («Анатомия Мондино»), в основу которой лег его опыт вскрытия человеческого тела – первый подобный отчет со времен Эрасистрата и Герофила, работавших в Александрии более 1500 лет назад.

Изменения моральных и социальных норм начала XIV века, позволившие Мондино проводить вскрытия, не вполне ясны. Трупы, которые он препарировал, по-видимому, принадлежали преступникам. Инструкции по вскрытию начинаются так: «Труп человека, убитого путем обезглавливания или повешения, помещают в лежачее положение» [31]. Стоит сказать, что были и прецеденты: в XII веке в Салерно проводились вскрытия животных, а в Болонье в предыдущие десятилетия имели место посмертные исследования, позволявшие установить причину смерти. Таким образом, включение Anatomia Mundini в подготовку врачей, возможно, в большей степени воспринималось как очевидное развитие, а не как смелое новшество [32]. Это привело к разрыву с религиозным учением – препарирование не было запрещено ни христианской, ни исламской теологией. Некоторые арабские тексты IX и XII веков порицают расчленение. Но в целом кажется, что ученые, которые открыли и перевели труды Галена и Аристотеля, были удовлетворены содержащимися в этих работах знаниями и не стремились сравнивать взгляды древних предшественников с собственными наблюдениями [33.] Теперь все начало меняться. И в отличие от короткого периода в Александрии более 1500 лет назад, отношение к вскрытию поменялось окончательно, по крайней мере в Западной Европе.

В XII веке в Салерно проводились вскрытия животных, а в Болонье исследовали трупы для установления причины смерти.

Решающим стал не сам факт, что Мондино заглянул внутрь мертвого тела, а то, что этим он показал важность самостоятельного изучения. Представления о человеческом теле можно проверить, а знания можно получить независимо, не копируя слепо древние трактаты, – данная мысль в конечном счете окажется революционной. Однако, хотя метод Мондино и был радикальным, его наблюдения таковыми не являлись – ученый просто повторил взгляды Галена относительно анатомических структур и добавил аристотелевскую интерпретацию их функции, согласно которой сердце было источником движения, включая голос [34].

«Анатомия Мондино» показала, что препарирование – это потенциальный инструмент для понимания человеческого тела, но работа самого ученого существенно на науку не повлияла. В мире до изобретения печати мысли распространялись медленно. Текстуальные свидетельства древних считались решающими – начиная с Библии и заканчивая текстами, которые Фома Аквинский и другие церковные лидеры включили в свою теологию. Вера, а не факт все еще оставалась сущностью знания и формировала основу европейской интеллектуальной жизни.

* * *

Начиная с XV века темпы культурных и технологических изменений в Европе внезапно ускорились. Этот период традиционно называют Ренессансом и первой научной революцией. Историки до сих пор спорят о том, что могло вызвать эти изменения и произошли ли они вообще. Европейское изобретение книгопечатания (через несколько сотен лет после китайского изобретения подвижного шрифта) изменило распределение знаний[17]. Переводы Библии на национальные языки и развитие протестантизма поощряли идею о том, что знание о мире доступно непосредственно отдельным людям, а не обязательно закреплено за неким авторитетом. Революции в Нидерландах и Англии свергли старую аристократическую власть, освободив политическое, социальное и экономическое пространство для новых классов с более радикальными взглядами на мир. Между тем открытие Америки европейцами и появление новых болезней, таких как сифилис, подорвали веру в древние тексты, которые были малополезны в попытках понять бурную смену событий. Наконец, изобретение телескопа и микроскопа открыло невообразимые до сих пор миры, в то время как технологические разработки, наподобие поршневого насоса и часового механизма, подарили человеку новые убедительные метафоры, которые, казалось, объясняли все: от движения звезд до человеческого тела.

В 1543 году были опубликованы две книги, в совершенно разных масштабах изменившие наш взгляд на Вселенную и ее обитателей. В первой книге – работе Николая Коперника «О вращении небесных сфер» (De Revolutionibus Orbium Coelestium) – излагалась математическая модель, согласно которой Земля вращается вокруг Солнца. Для расчетов ученый использовал теоремы, разработанные арабскими астрономами более двух веков назад. Второй книгой был научный труд Андреаса Везалия «О строении человеческого тела» (De Humani Corporis Fabrica). Семитомная и семисотстраничная работа объединила знания и эстетику, представив читателям самое точное из существовавших на тот момент описание анатомии человека. Везалий в полной мере использовал мощь книгопечатания, обогатив текст более чем 200 поразительными иллюстрациями в технике ксилографии[18], основанными на вскрытии человеческих тел. Везалий, профессор медицины в Падуе, создал поистине революционную работу. И она стала таковой не только из-за знаний, которые в ней содержались, но и из-за того, как эти знания были получены и представлены читателю.

«Анатомия Мондино» показала, что препарирование – это потенциальный инструмент для понимания человеческого тела.

В предыдущие десятилетия другие авторы, такие как Якопо Беренгарио да Карпи, опубликовали иллюстрированные описания анатомии человека на основе вскрытий, но пособие не отличалось ни особым графическим мастерством, ни анатомически точным изображеним деталей [35]. Были даже прецеденты вскрытия мозга: в 1517 году немецкий военный хирург Ганс фон Герсдорф подготовил лист с шестью небольшими рисунками коры головного мозга на разных стадиях рассечения. А в 1538 году Иоганн Дрюандер из Марбурга опубликовал одиннадцать гравюр, изображающих вскрытие мозга, правда, в относительно упрощенном виде [36]. Шедевр Везалия 1543 года был совершенно иного качества. Ничего подобного никто раньше не видел.

Каждая из книг в трактате «О строении человеческого тела» была посвящена различным системам организма (костям, мышцам, внутренним органам и так далее). Последняя книга объемом в шестьдесят страниц рассказывала о мозге и содержала одиннадцать рисунков открытого черепа. По-видимому, «натурой» для изображений послужили головы по меньшей мере шести человек [37]. Хотя гравюры мозга кажутся невероятно натуралистичными и точными, как и остальная часть работы, они очень избирательны и представляют лишь то, что можно увидеть невооруженным глазом [38]. Тем не менее трактат ознаменовал собой огромный прорыв в анатомическом знании. Например, Везалий сообщал, что не может наблюдать rete mirabile – сеть кровеносных сосудов, которая, как утверждал Гален, позволяла «животным духам» проникать в мозг. Везалий дерзко – и точно – пришел к выводу, что Гален ошибался и данной структуры в человеческом организме нет [39]. Студенты, утверждал он, должны присутствовать на вскрытии, внимательно смотреть «и в будущем меньше верить в книги по анатомии» [40]. Свое опровержение идеи Галена Везалий превратил в призыв к новому способу изучения тела.

Везалий также бился над разгадкой того, что все это может означать, как на самом деле функционирует человеческий организм, и в особенности мозг. В тот же момент скальпель, по понятным причинам, подвел ученого. Тщательное вскрытие человеческого тела могло выявить структуры, но, кроме тривиальных случаев (кости, сухожилия и нервы), не давало никакого реального понимания функций. Трудности интерпретации были особенно велики, когда дело доходило до поиска истоков поведения людей и наших различий с животными. Проблема, объяснял Везалий, заключалась в том, что при анализе образцов не обнаружилось «никакой разницы между структурой мозга животных и человеческим мозгом в тех частях, которые [он] препарировал у овцы, козы, коровы, кошки, обезьяны, собаки и птицы» [41].

Вскрытие человеческого мозга Везалием

Хотя Везалий отметил, что мозг человека пропорционально был намного больше, чем у других животных, ученый не смог найти качественного различия между строением мозга человека и других позвоночных. Что бы ни вызывало очевидные поведенческие и психологические различия между человеком и животными – Везалий этого не увидел. Хотя его вскрытия не могли дать объяснения того, как работает мозг, они позволили предположить, что доминирующая желудочковая теория может быть ошибочной – желудочки, казалось, были «не более чем полостями или проходами». Не имея лучшего объяснения принципов работы мозга, Везалий заключил, что «ничего не следует говорить о расположении в мозгу аспектов высшего духа», и набросился на теологов, которые осмелились локализовать их. Он описывал подобные идеи как «ложь и чудовищную фальшь». Мозг – крепкий орешек.

Все исследования Везалия основывались на мысли, что именно мозг, а не сердце является источником мысли и движения.

Везалий считал, что именно мозг, а не сердце является источником мысли и движения.

Доказательства этого предположения на самом деле были довольно скудными – единственное экспериментальное подтверждение получил Гален более 1200 лет назад. Спустя три десятилетия после смерти Везалия Андре дю Лоренс, профессор Университета Монпелье и врач Генриха IV, французского короля, не мог сделать ничего, кроме как утвердить свою веру в роль мозга:

«Следовательно, я утверждаю, что главное вместилище души находится в мозге, потому что там живут самые добрые силы и наиболее ясно проявляются самые достойные действия. Все инструменты движения, чувства, воображения, речи и памяти находятся в мозге или непосредственно зависят от него»[19] [42].

Что же касается роли желудочков, то дю Лоренс осторожно обошел данный вопрос, просто заявив, что он «не вполне решен».

Все эти робкие шаги к пониманию роли мозга в порождении мысли показывают, что не было ни одного «мозгоцентрического момента», когда мыслители осознали, что мозг, а не сердце является ключевым органом. Очевидная сложность мозга по сравнению с сердцем ясно указывала, где могут располагаться мысли и эмоции. Но из-за влиятельности традиции и силы повседневного опыта некоторые из величайших мыслителей XVI и XVII веков придерживались противоречивых взглядов. Замешательство, которое чувствовали многие, было прекрасно подытожено Шекспиром в одной из песен из третьего акта «Венецианского купца»:

Скажи мне, где любви начало?Ум, сердце ль жизнь ей даровало?[20]

2

Силы. XVII–XVIII века

В течение XVII столетия европейские мыслители все больше убеждались в том, что ответ на вопрос Шекспира определенно находился «в голове», а точнее, в мозге. Изменение отношения шло медленно и сложно – не было ни одного эксперимента или вскрытия, которые разрешили бы вопрос в пользу мозга. Вместо этого постепенно накапливались знания и концепции, и все они отводили мозгу определенную роль, хотя старые и новые идеи продолжали сосуществовать. Например, в 1620-х годах Уильям Гарвей показал, что «сердце – это просто мышца», как несколько десятилетий спустя выразился датский анатом Нильс Стенсен [1]. Хотя Гарвей признавал сложность мозга, называя его «органом ощущений» и «богатейшим членом тела», он также чувствовал, что Аристотель был прав и что кровь несет в себе некий таинственный дух, порождаемый сердцем. Неопределенность взглядов Гарвея свидетельствует об отсутствии решающих доказательств в то время.

Философ решил не публиковать свои идеи, после того как католическая церковь в 1633 году осудила Галилея[21].

Достоянием общественности работы Декарта стали посмертно – в 1662 году [2]. Как и многие другие мыслители, Декарт отверг предположение, что сердце было вместилищем страстей, как «не стоящее серьезного рассмотрения» [3]. Его взгляд на мозг был гораздо более современным. Согласно Декарту, тела животных функционируют так, как будто они являются машинами.

В 1620-х годах Уильям Гарвей показал, что «сердце – это просто мышца».

Он даже рассматривал животных как bêtes machines («животные машины» или еще драматичнее – «машины-звери») – и отводил главную роль мозгу [4]. Люди отличаются от других животных прежде всего тем, что обладают душой и пользуются языком. А основное анатомическое различие между мозгом человека и обезьяны, скажем, связано с шишковидной железой, структурой размером с горошину в основании мозга.

Декарт утверждал, что шишковидная железа есть только у человека и что она порождает «животные духи» из крови, которая поступает к ней через сердце, тем самым обеспечивая взаимодействие между разумом и телом. Это было место, где, согласно Декарту, взаимодействовали две фундаментальные части Вселенной: res extensa (вещь материальная, материя) и res cogitans (вещь мыслящая, разум или дух).

Этот акцент на шишковидной железе был основан на смеси утверждений и сомнительных анатомических свидетельств. Декарт полагал, что нервы, проецирующие сигналы вверх, в кору головного мозга, позволяют шишковидной железе раскачиваться и таким образом реагировать на восприятие различных объектов, двигаясь «настолько различными способами, сколько существует воспринимаемых различий в объектах» [5]. Таких нервов не существует, и, как только в 1660-х годах стало известно об ошибке, анатомы без труда показали, что эта якобы уникальная человеческая структура встречается у всех позвоночных.

Одной из идей Декарта, ставшей общепринятой на длительное время, было объяснение того, как «животные духи» движутся по нервам.

Люди отличаются от животных прежде всего тем, что обладают душой и используют речь.

Как и многие другие, философ полагал, что они текучи и двигаются быстро. Но в отличие от предыдущих мыслителей Декарт нашел объяснение тому, как «животные духи» могли вызывать разное поведение: он обнаружил сходные процессы в действии гидравлических автоматов, модных во французских королевских садах в то время. Эти движущиеся статуи зловеще появлялись из растительности, играли на инструментах или даже говорили, когда вода и воздух проходили через их металлические тела. Декарт провел явную параллель между такими автоматами и поведением людей и животных:

«Действительно, можно сравнить нервы машины, которую я описываю, с трубами этих фонтанов, мышцы и сухожилия – с различными устройствами и пружинами, приводящими их в движение, животный дух – с водой, которая заставляет их двигаться, сердце – с источником воды, а полости мозга – с резервуарами для хранения» [6].

Взгляд Декарта на то, как происходит движение

Декарт использовал эту модель для описания происхождения простых форм поведения – того, что мы назвали бы рефлексами[22] [7]. Он изобразил фигуру, похожую на гигантского ребенка, убирающего ногу от огня, потому что духи переместились от ступни по нерву вверх, в мозг, а затем снова вниз, к мышцам ноги. Это был решительный шаг вперед по сравнению с предыдущими, довольно туманными объяснениями поведения человека и функций нервов. На протяжении тысячелетий мыслители предполагали, что «духи» движутся подобно жидкости или ветру – быстрота и неосязаемость этих форм движения делали их привлекательными аналогиями.

Организация гидравлической энергии в автоматах была гораздо более убедительной метафорой, но, несмотря на ее важность, все еще существовали широко распространенные разногласия относительно того, из чего состоят «духи» в нервах, и сбивающие с толку идеи Галена о нервном воздухе, или пневме, не очень помогли[23]. Стенсен указывает на данную проблему в 1665 году:

«Может быть, это особая субстанция, отделенная от… желез? Не могут ли серозные вещества быть их источником? Некоторые сравнивают их с винным спиртом и подозревают, что на самом деле они состоят из вещества, подобного свету. Короче говоря, стандартные вскрытия не могут прояснить ни одной из упомянутых трудностей, связанных с животными духами» [8].

Уверенный отказ Стенсена от всех существующих описаний функционирования нервов был частично основан на работе с использованием новейшей технологии – микроскопа. Его друг, голландский микроскопист Ян Сваммердам, и итальянский анатом Марчелло Мальпиги изучали содержимое нервов и согласились, что в них нет ни жидкости, ни воздуха. Сваммердам считал такие идеи бесполезными и абсурдными [9].

Экспериментальные доказательства, опровергающие «гидравлическую» гипотезу Декарта, появились, когда Сваммердам показал, что, если он погладит ножницами наружную сторону рассеченного нерва лягушки, прикрепленная мышца сократится. Этот результат, как утверждал ученый, «применим ко всем движениям мышц у людей и животных». Что бы ни происходило в нервах при ответной реакции, это было совсем не похоже на движущуюся воду в гидравлических автоматах Декарта. То же самое наблюдалось, даже если конец нерва перереза́ли, тем самым позволяя любому жидкому или газообразному «духу» вырваться. Сваммердам писал: «Чтобы побудить мышцу к действию, достаточно лишь простого и естественного движения или раздражения нерва, независимо от того, где он берет начало: в головном, костном мозге или где-либо еще».

Хотя Сваммердам был убежден, что истинное объяснение функционирования нервов «погребено в непроницаемой тьме», он был открыт к размышлениям, построенным вокруг новой метафоры:

«Экспериментально нельзя доказать, что какая-либо материя разумного или понятного объема течет по нервам к мышцам. И ничто другое не проходит от нервов к мышцам: все это суть очень стремительное движение, настолько быстрое, что правильнее назвать его мгновенным. Поэтому дух, как его именуют, или ту тонкую материю, что в один миг пролетает по нервам в мышцы, можно по праву сравнить с молниеносным движением, которое, когда по одному концу длинной балки или доски ударяют пальцем, бежит с такой скоростью по дереву, что почти тотчас же воспринимается на другом конце».

Эксперимент Сваммердама, показывающий, что прикосновение к нерву лягушки (с) металлическими ножницами заставляет мышцу (а) сокращаться, переводя булавки (b) в определенное положение (d)

Вместо этого, казалось, было задействовано какое-то неосязаемое движение – раздражение нерва вызывало практически мгновенную мышечную реакцию, подобную вибрации. Сваммердам нащупывал подходящие метафоры, но главное, что он обнаружил ошибочность предыдущих объяснений и выяснил, что можно производить движение искусственно, путем физической стимуляции нерва.

* * *

Одновременно с изучением функционирования нервов проводились новые исследования мозга, поскольку анатомы откликнулись на идеи Декарта. Вероятно, наиболее значительный вклад внес Томас Уиллис[24], известный врач из Оксфорда. Его любящий посплетничать современник Джон Обри обрисовал Уиллиса в двух словах: «Среднего роста, похож на рыжую свинью, сильно заикается» [10]. Под влиянием Роберта Бойля, интеллектуального лидера недавно основанного Лондонского королевского общества[25], в начале 1660-х годов Уиллис начал набрасывать материалистические объяснения проблем психического здоровья, которые, по его мнению, берут начало в мозге [11].

В 1664 году Уиллис опубликовал книгу на латыни с описанием анатомии мозга, которую прекрасно проиллюстрировал его друг Кристофер Рен[26]. В течение следующих двух десятилетий книга выдержала восемь изданий и была опубликована в Амстердаме, Женеве, а также в Лондоне. Английский перевод 1684 года оказался неудобопонятным, во-первых, из-за архаичного языка, а во-вторых, в силу латыни Уиллиса, которая, по мнению требовательного специалиста по истории сравнительной анатомии Ф. Дж. Коула, была «элегантной, но запутанной». Коул полагает, что Уиллис не обладал даром «выражаться четко и ясно» и был склонен к «тонкостям спекулятивного диспута» [12]. Откровенно говоря, Уиллис и сам не вполне понимал, что именно он думает.

Уиллис описал результаты масштабной программы вскрытия, которая намного превзошла декартовскую. Помимо человеческого мозга, его исследования включали «гекатомбы»[27] животных: лошадей, овец, телят, коз, свиней, кошек, лис, зайцев, гусей, индеек, рыб и обезьян [13].

В результате многочисленных вскрытий и использования чернил, вводимых в кровеносные сосуды для выявления связи между областями мозга, Уиллис сделал вывод, что именно вещество самого мозга дает возможность мыслить, а не желудочки, которые являются просто «пустотой, возникающей в результате смыкания его внешней границы» [14]. Как и предполагал Везалий, они были не более чем заполненными жидкостью пространствами.

Для Уиллиса структурная сложность материи мозга, которую он беспомощно описывал как извилистый или причудливо изогнутый кривошипный механизм, отражала его функциональную организацию. Память можно было найти в извилинах коры головного мозга, утверждал он, а мозжечок отвечал за непроизвольные действия, такие как сердцебиение, и встречался у большинства позвоночных.

Уиллис пришел к таким выводам главным образом на основе обширной сравнительной анатомии и наблюдаемых связей между областями мозга и различными частями тела. У людей поверхность мозга очень сложна, с множеством извилин, в то время как у кошек она проще, а у рыб и птиц – тем более.

Уиллис соотнес обнаруженные особенности с различными умственными способностями: «У человека этих складок и извилин гораздо больше, чем у любого другого живого существа; они нужны человеку для различных и разнообразных проявлений высших пособностей».

Уиллис утверждал, что в случае зрительного восприятия «чувственное впечатление»[28], созданное в глазу, будет перенесено «волновым движением или колебанием воды» в головной мозг, где «возникнет» восприятие. Память об образе будет локализована во внешних слоях или коре головного мозга, а воображение по неопределенным причинам – в мозолистом теле[29]. «Животные духи», согласно Уиллису, рождались в коре головного мозга, которая превращала в дух что-то в крови. Он полагал, что кровь и сердце являются источниками основных признаков жизни, как это утверждали мыслители на протяжении тысячелетий. Что касается того, как «духи» формируют поведение, ученый выражался туманно. Они «вступают в другие движения и различные способы эманаций[30]», писал Уиллис, и «разворачиваются», «рассеиваются», «идут вперед», а в итоге «производят акты Воображения, Памяти, Аппетита и другие высшие способности Души».

Известный врач Уиллис полагал, что кровь и сердце являются источниками основных признаков жизни.

Несмотря на анатомическую точность Уиллиса, его представления о том, как работает мозг, были чистыми домыслами. Спустя несколько месяцев после выхода книги Уиллиса Нильс Стенсен посетил Париж, прибыв по приглашению своего покровителя – богатого, влиятельного французского библиофила и бывшего шпиона Мельхиседека Тевено [15]. В начале 1665 года блестящий, но напряженный 27-летний датчанин читал лекцию о мозге в загородном доме Тевено в Исси-ле-Мулино, к югу от Парижа. Он обратился к небольшому кругу друзей-интеллектуалов, часть из которых впоследствии основала Французскую академию наук, и откровенно описывал современное невежество в отношении мозга: «Вместо обещаний удовлетворить ваше любопытство касаемо анатомии мозга я здесь искренне и публично признаюсь, что совершенно не разбираюсь в этом вопросе» [16].

Для Стенсена, как и для Уиллиса, организация мозга должна была отражать его функции, и все же, как подчеркивал датский анатом, эта организация оставалась непостижимой. Стенсен не только отрицал теорию локализации желудочков, но и с презрением относился к беспричинному отождествлению различных участков мозга с определенными видами деятельности, что было характерно для Уиллиса. В отношении мозолистого тела, которое, как утверждал Уиллис, порождало воображение, Стенсен отметил, что об этой структуре известно так мало, что о ней каждый может «говорить все что заблагорассудится» [17]. Как неоднократно подчеркивал Стенсен, большая часть написанного о мозге характеризовалась «очень расплывчатыми терминами, метафорами и неуместными сравнениями».