Нейронаука в неврологии

В течение многих лет неврология была не только неотделима от нейробиологии, но и предоставляла собой единственный метод для изучения высших функций мозга. Успехом ранней неврологии было использование естественных событий, таких как травмы нервной.

системы, для описания функций различных областей мозга путем корреляции клинических симптомов с локализацией повреждения. Эти достижения тем более поразительны, если учесть, что использование повреждений для определения функции имеет много «подводных камней». При наличии в настоящее время более современных методов, таких как магнитно-резонансный или эмиссионно-позитронный томограф, неврологи в состоянии локализовать и наблюдать за повреждениями непосредственно, следить за ходом заживления и делать выводы о высших функциях коры. Есть все основания полагать, что существенное повышение пространственного и временного разрешения не за горами. Это могло бы позволить наблюдать в реальном времени за последовательностью нейронных событий, приводящих к возникновению решений, восприятия или формированию памяти.

Драматическая история Финеаса Гейджа демонстрирует то, как повреждение мозга может быть использовано для анализа его функций. В 1848 году в возрасте 25 лет Финеас Гейдж, работая бригадиром на железной дороге в Вермонте, пострадал от массивного мозгового повреждения. Когда он забивал железный прут для того, чтобы установить пороховой заряд в каменной породе, порох взорвался и вогнал ему железный прут прямо в череп. Гейдж потерял сознание лишь на короткое время и вскоре смог подняться и заговорить. Доктора поразило то, что больной быстро поправился и был в состоянии вести относительно нормальную жизнь в течение более 12 лет. Личность Гейджа, однако, подверглась большим изменениям. Из спокойного, трезвого, работящего, аккуратного рабочего он превратился в громкоголосого, болтливого, нетерпеливого и беспокойного хвастуна. Таким образом, в то время, когда еще ничего не было известно о сенсорной, моторной, зрительной и слуховой коре, неврологическое обследование показало, что высшие функции человеческого поведения и характеристики личности связаны с префронтальной областью коры больших полушарий. Но случай Гейджа был достаточно уникальным в том смысле, что место повреждения фронтальной коры и его обширность легко определялись у живого пациента.

Другие примеры неврологических наблюдений девятнадцатого столетия, послужившие определению специфических областей мозга,

вовлеченных в высшие функции, принадлежат Брока и Вернике. Эти ученые сопоставляли речевые дефекты с областями коры, поврежденными патологическими нарушениями, такими как инсульт или опухоли. Даже тогда, когда точные области повреждения неизвестны, клиницисты и нейрофизиологи могут достоверно вести диагностику на основе анализа таких процессов, как долговременная и кратковременная память.

Последствия правильного и неправильного установления связей изучались в зрительной системе новорожденных котят и обезьян. Рецептивные поля нейронов сетчатки, латерального коленчатого тела и зрительной коры уже к рождению имели строение, аналогичное взрослым животным, кроме слоя 4 зрительной коры. К моменту рождения кортикальные клетки в слое 4 управляются обоими глазами, и в течение первых 6 недель жизни они формируют связи подобные таковым у взрослых, когда каждая клетка слоя 4 отвечает только на сигналы от одного глаза, в то время как клетки, локализующиеся в других слоях, продолжают получать бинокулярную информацию. Если в течение первых трех месяцев жизни один из глаз остается закрытым, это приводит к слепоте на этот глаз и потере его способности управлять кортикальными клетками. Кортикальные колонки, получающие сигналы от депривированного глаза, уменьшаются в размерах, в то время как колонки, получающие сигналы от противоположного, недепривированного, -- увеличиваются. Очень необычными являются эффекты одностороннего повреждения париетальной доли больших полушарий головного мозга справа. Пациенты с такими повреждениями перестают осознавать, что существуют две стороны тела и две стороны во внешнем мире. Левая сторона тела как бы перестает существовать, поэтому пациент не воспринимает левую руку как свою собственную. Если подобных пациентов попросить нарисовать ромашку, все лепестки будут только справа, так же как и все спицы велосипедного колеса. Рисунок кошки, выполненный праворуким пациентом 61 года с париетальным повреждением, показан на рис. 1. Важно подчеркнуть, что это настоящие неврологические дефекты, а не истерические реакции пациента. Подобные клинические наблюдения показывают, что наш внутренний мир, который кажется таким полным, таким единым и таким совершенным, состоит из более простых компонентов, соединенных вместе в один континуум.

Помимо результатов сканирования мозга и постоянно совершенствуемых методик исследования языка и характера, дальнейший прогресс в изучении высших функций может во многом определяться когнитивными нейронауками и неврологией.

Развитие строения коры в эмбрионе

Ракич, Хортон и Хокинг показали, до какого уровня происходит развитие глазодоминантных колонок и «пятен» цитохромоксидазы к моменту рождения. В глаза обезьян на различных стадиях развития в матке были введены радиоактивные аминокислоты так, чтобы пометить клетки в области ЛКТ и их аксоны в пределах слоя 4 коры. Колонки и «пятна» также выявляли при помощи окраски на цитохромоксидазу. На ранних стадиях развития зародыша в отсутствии каких-либо зрительных сигналов почти все зоны управления правого и левого глаза перекрывались. За несколько дней до рождения колонки глазного доминирования, «пятна», толстые и тонкие полоски зрительной зоны 2 были различимы и имели нормальные пропорции по отношению друг к другу.

У котят колонки глазного доминирования в зрительной коре четко разграничиваются только к возрасту около 30 дней. Хорьки и сумчатые рождаются даже на более ранних стадиях развития и, следовательно, большая степень формирования зрительных сетей у них происходит в постнатальном периоде.

Вклад фундаментальной нейронауки в неврологию