АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Новая модель мигренозной ауры. Волнующий прогресс науки заставил нас заново взглянуть на не поддающуюся прежде решению проблему сложных

Волнующий прогресс науки заставил нас заново взглянуть на не поддающуюся прежде решению проблему сложных, непрерывно развертывающихся форм ауры и на проблему констант галлюцинаторных форм вообще. Такой новый взгляд был невозможен в то время, когда я писал первоначальный вариант этой книги. Не менее важной стала возможность имитации, а именно создание моделей нейронных сетей, обладающих по меньшей мере некоторыми свойствами реальной мозговой коры. Появилась также возможность с помощью сверхмощных компьютеров визуализировать поведение таких сетей после стимуляции. Мы смогли увидеть, могут ли эти искусственные системы, находясь в состоянии, далеком от равновесного, порождать пространственные и временные паттерны, характерные для ауры. Таким моделированием мы и занимаемся в настоящее время.

Сама природа моделей предполагает упрощение; мы не можем дать модели все, чем обладает настоящая мозговая кора – сотни миллионов клеток двадцати типов, шесть слоев и бесконечное множество внутренних и внешних связей. Но тем не менее мы можем имитировать некоторые свойства и параметры активности – по крайней мере временные (Зигель, 1991). Нейроны коры продуцируют потенциалы действия, возникающие вследствие сложного, зависимого от времени перемещения ионов в клетку и из нее. В самом деле, эти потенциалы действия являются основой функции нейронов – это единственный способ коммуникации между отдельными нейронами. Потенциалы действия распространяются по нейронным сетям не мгновенно – для того чтобы пройти по аксону и преодолеть синапс, импульсу требуется определенное время. Этот временной фактор нельзя игнорировать: мигренозная аура происходит во времени, развертывается во времени и развивается во времени. Аура не состоит из независимых от времени пространственно организованных элементов. Таким образом, несмотря на то что наша модель состоит всего из 400 «нейронов» (расположенных в виде квадрата из 20х20 нейронов) и из единственного, «возбудимого» типа клеток, она все же обладает теми временными свойствами, которые, с точки зрения физиологии, являются важнейшими. В нашей сети возникают потенциалы действия, обладающие свойством временной задержки (то есть требуется определенное время для того, чтобы потенциал перешел с одного нейрона на другой), и в сети есть синапсы, присутствие которых имитирует «функциональную анатомию» цельности, характерной и для реальной коры головного мозга. Все эти параметры можно произвольно и независимо друг от друга менять, как и сами стимулы.

Когда мы анализируем эту сеть на компьютере, то отчетливо видим три типа поведения, зависящие от выбранных параметров. Единственный точечный стимул вызывает образование волн, движущихся от точки стимуляции до тех пор, пока (в полном соответствии с законом «все или ничего», которому подчиняются потенциалы действия) она внезапно не затухает, переставая существовать. Такие волны – в момент их возникновения – мы можем рассматривать как аналоги фосфенов, а затем, во время их распространения по нейронной сети – как аналоги симметрично расширяющейся кортикальной волны, соответствующей расширяющейся, но сохраняющей исходную форму скотоме. Надо подчеркнуть, что в нашей модели волны создаются возбуждением и проведением потенциалов действия; эти волны не являются результатом чисто физической диффузии или иррадиации.

При задании иных параметров первичная волна активности может вызывать появление вторичных и третичных волн – каждый возбужденный нейрон потенциально может стать источником такой дополнительной волны. Эти вторичные и третичные волны могут затем сталкиваться между собой, в результате чего мы наблюдаем интерференцию – как с увеличением, так и с уменьшением амплитуд сталкивающихся волн. Этот процесс мы можем с полным правом считать случайным процессом формирования множественных очагов возбуждения. Этот процесс мы можем считать аналогом беспорядочных расстройств, характерных для начального периода третьей фазы ауры – до появления упорядоченных элементов – решеток и других геометрических фигур.

При задании других параметров происходят новые и удивительные феномены: возникновение и спонтанная эволюция в пространстве и во времени сложных геометрических рисунков. Некоторые такие рисунки относительно просты, похожи на решетки, радиальные формы и спирали, наблюдаемые при мигрени. Другие рисунки отличаются большей сложностью и напоминают изощренные «орнаментальные» формы, описанные Клювером.

Три отчетливо различающихся между собой типа поведения нашей сети могут проявляться в зависимости от изменений всего одного из параметров, например силы синаптической связи. Однако паттерн возникающих феноменов может зависеть не только от проходимости синапсов, но и от изменения времени задержки проведения. Возникает впечатление, что сама система имеет в запасе определенный набор поведений, и эти поведения являются «универсалиями» системы, результатом спонтанной самоорганизации в сети. Все выглядит так, словно здесь возбуждается поле, целое поле нейронов, и это поле самостоятельно организуется и ведет себя как единое связное целое, словно это поле, придя в состояние возбуждения, далее следует своим особым курсом, курсом, направление которого определяется исключительно глобальными свойствами и внутренними связями поля. Наша гипотеза заключается в том, что нейроны первичной зрительной коры тоже образуют такое «поле» – поле в смысле Лэшли, – в котором сложные и интегративные события определяются не столько местными особенностями микроскопической анатомии, топографией ядер, колонок и центров, сколько глобальными свойствами волновых действий и взаимодействий в живой, отличающейся спонтанной активностью невероятно сложной нейронной среде.

Такие глобальные, полевые парадигмы оказываются весьма полезными для понимания организации сердечного ритма, электрической «комплекции» сердца, ее пространственной геометрии и временной организации, и, что самое главное, для понимания расстройств такой активации, когда нормальный рисунок самоорганизации и хаоса резко усиливается и становится разрушительным. Не меньше пользы приносит теория хаоса нашему пониманию работы головного мозга. Это тем более так, потому что многие классические подходы к изучению этих процессов доказали свою ограниченность и даже, более того, несостоятельность, при использовании их для того, чтобы разобраться в сложнейших хитросплетениях деятельности мозга в ее постоянной изменчивости. Эти ограничения хорошо заметны, в особенности на высших уровнях, но видны они и на уровне первичной зрительной коры, где при мигрени и других заболеваниях возникают и развертываются элементарные геометрические призраки.

Сходными мыслями руководствовались Эрментраут и Коуэн, которые уже работали над изучением зрительной системы, когда познакомились со статьями Клювера о константах галлюцинаторных форм. Больше того, свою вышедшую в 1979 году книгу они посвятили памяти Клювера. Эрментраут и Коуэн тоже пытались выяснить, можно ли путем анализа распространения волн в первичной зрительной коре объяснить природу констант форм, наблюдаемых при мигрени и других заболеваниях. Модель, которую они использовали, была не слишком реалистичной – проведение волн было мгновенным, без учета постоянной времени, – но тем не менее, когда авторы приступили к математическому анализу полученных ими уравнений, основываясь на теории групп и бифуркаций, они тоже нашли решение в форме удвоения периодичности стационарных состояний, в виде пространственных «завитков» и «решеток», которые, если их спроецировать на сетчатку, будут восприниматься как константы форм, описанные Клювером [72]. Таким образом, имеет место схожесть между нашими и их результатами, результатами, полученными путем формального математического анализа и путем актуальной компьютерной имитации.

Возможно, конечно, что все это не более чем совпадение, что мы производим геометрические узоры «кортикального» типа, которые не имеют никакого отношения к реальным механизмам функционирования коры, что мы имитируем работу мозга, а отнюдь ее не моделируем. Представляется, однако, весьма маловероятным, чтобы мозг – при наличии простого и естественного механизма – механизма универсального и характерного для природы – пользовался иными, необходимо более сложными и громоздкими механизмами (для достижения того же результата).

Итак, мы совершили полный круг длиной полтора века, начиная с Гершеля, размышлявшего о своих геометрических призраках и думавшего, нет ли в «чувственной системе некой калейдоскопической силы». Теперь, на исходе двадцатого века, мы можем имитировать сенсорный калейдоскоп, заставляя самоорганизующуюся нейронную сеть создавать ее собственные неповторимые рисунки. Мы теперь можем представить себе спонтанную и динамическую «калейдоскопичность» работы головного мозга. Наша модельная сеть – и сам мозг – творит прихотливые геометрические образы из энергии и времени. Шеррингтон говорил о мозге, как о «волшебном ткацком станке», ткущем меняющиеся, распадающиеся, но всегда исполненные смыслом узоры. Но он говорил о мыслях и образах, а мы здесь ведем речь о чем‑то более элементарном и стихийном – о творении, игре, о чистых узорах и чистых формах.

Не надо думать, будто такая самоорганизующаяся активность, сложные картины порядка и хаоса, имеет место только при патологических условиях. Становится все больше и больше данных, указывающих на то, что хаотичные и самоорганизующиеся процессы протекают в коре и в норме, что именно они являются непременным предварительным условием обработки и восприятия сенсорной информации, и эта обработка и восприятие являются факторами, ограничивающими хаос и самоорганизацию. Самым убедительным доказательством этого факта является резкое усиление генерации образов в условиях блока сенсорных входов и снятия упомянутых ограничений. Процессы хаоса и самоорганизации в коре в норме ограничены микроскопическими, невидимыми участками, и только при патологии эти процессы согласуются друг с другом, синхронизируются, становятся глобальными, начинают доминировать и в виде упорядоченно организованных галлюцинаций прорываются в сознание. Наша модель была создана для демонстрации нормальной активности, нормальных процессов самоорганизации, и только когда мы изменили определенные параметры, чтобы сделать их патологическими, наша модель, если можно так выразиться, заболела мигренью.

За последние двадцать лет наш взгляд на природу заметно изменился – мы признали реальное существование нелинейных динамических процессов, хаотичных и самоорганизующихся процессов в огромном ряду природных систем и поняли, что эти процессы играют решающую роль в эволюции Вселенной. За примерами нам не надо отправляться в дальние экспедиции – для исследования агрегации слизневых грибов или исследования движения Плутона по орбите, – в нашем распоряжении есть естественная лаборатория, микрокосм, прячущийся в нашей собственной голове. Именно в этом смысле нас так очаровывает и увлекает мигрень. В форме своих галлюцинаторных спектаклей она демонстрирует нам не только стихийную активность мозговой коры, но и всю систему самоорганизации, все поведение Вселенной в действии. Мигрень открывает нам не только тайны организации нейронов, но и показывает творящее сердце самой природы.

Дата добавления: 2015-09-18 | Просмотры: 444 | Нарушение авторских прав