РАЗВИТИЕ МОЗГА

В настоящем материале рассказывается о фундаментальных результатах многолетних исследований клеток головного мозга, которые радикально меняют представления о возможностях головного мозга. Эти результаты - ведут к настоящей революции в физиологии, психологии и педагогике.  Эти данные легли в основу новой периодизации (стадий) обучения - классмиров, используемой в системе МИР.

Последнее десятилетие ХХ века не для красного словца называют "Десятилетием мозга". Девяностые годы ознаменовались крупными открытиями в науках о мозге, а одно из них можно без обиняков назвать выдающимся и даже революционным. Оно стоит в одном ряду с такими событиями в нейрофизиологии, как открытие специализации полушарий, сделанное около 40 лет назад Роджером Сперри, или открытие нейронной структуры нервной системы, совершенное в конце ХIХ века Сантьяго Рамоном-и-Кахалем.

Оказывается, мы не рождаемся с готовым мозгом. Точнее, с готовым, окончательным количеством нейронов. Они вырастают у нас в любом возрасте, хоть в 80 лет. Так что все эти разговоры, будто каждый год у нас в мозгу безвозвратно отмирает по миллиону нервных клеток и будто бы "нервные клетки не восстанавливаются" - все это абсолютная чепуха, которую кто-то давным-давно придумал и неизвестно зачем внушил легковерному человечеству.

В продолжении многих десятилетий считалось аксиомой, что человек появляется на свет сразу со всеми своими мозговыми клетками. "В костях и коже клетки делятся и размножаются, отчего ткани и растут. В кровеносной системе и во всяком органе - тоже, и только клетки мозга не делятся и не обновляются, а живут данной раз и навсегда какой-то монашеской жизнью. Единственное, на что они способны, это на установление новых связей между собой при помощи мельчайших отростков-дендритов и особых зон контакта - синапсов. А в остальном - одно повальное отмирание".

И вот все это сегодня решительно пересматривается, и мы как раз присутствуем при болезненной ломке устоявшихся взглядов. Факты, которые приводят открыватели нормальной жизни мозговых клеток - их рождения, роста, размножения и умирания - факты эти слишком очевидны, чтобы их можно было не замечать, и, тем более, отвергать. И сторонники традиционной теории их не отвергают. Они только утверждают, что эти факты их пока не убеждают, что им требуются доказательства повесомей. Энтузиасты нового подхода не возражают: в доказательствах любой весовой категории у них нет недостатка.

Мортен Раастад, невролог из университета в Осло, большой знаток истории науки, говорит, что ситуация, подобная нынешней, складывалась в науке не раз, так что однажды даже деликатнейшему Максу Планку пришлось воскликнуть публично: " Чтобы новая теория утвердилась окончательно, нужно, чтобы все сторонники старой теории вымерли"!

Раастад вспоминает открытие радиоактивности, когда 1 марта 1896-го года Анри Беккерель обнаружил, что фотопластинки, завернутые в черную бумагу, потемнели. Резерфорд, Содди и Рамзай довольно быстро догадываются, что Беккерель обнаружил новый вид энергии, обязанный своим происхождением превращению атомов. Но ни Мария и Пьер Кюри, ни лорд Кельвин, ни Менделеев знать об этом не хотят. "Уран, - говорят они, - запасается энергией из воздуха". Полемика продолжается десять лет!

А расщепление того же урана! Расщепили его в 1934-м году, в Риме, а лаборатории Ферми, но не поняли, в чем дело. Лишь химик Ида Ноддак предположила, что уран, очевидно, распался на ядра каких-нибудь изотопов. Итальянцы не стали слушать ее, а немецкий радиохимик Отто Ган заявил, что раскалывание ядра урана на изотопы - абсурд. Через два года расщепление наблюдали в Швейцарии, но решили, что это не реакция, а каприз аппаратуры. В мае 1938-го года в лаборатории у Ирен Жолио-Кюри при бомбардировке урана получился лантан - элемент, атомный вес которого на сто единиц меньше веса урана. Неужели уран раскололся пополам? Не может быть! Через несколько недель реакцию провели Ган и Штрассман. Ган больше не утверждал, что расщепление ядра - абсурд, но и поверить в это не решался. Вместе со Штрассманом они написали срочное сообщение в журнал "Naturwissenschaften". Много лет спустя Ган вспоминал, что после того, как он опустил конверт в почтовый ящик, ему захотелось вытащить его обратно.

Историки считали, что сопротивление очевидному поддерживалось в случае с расщеплением атомного ядра самим словом "атом", что означает "неделимый". В случае же с мозгом все упиралось в эксперимент. Аксиому время от времени все же подвергали проверке, но ничего противоречащего ей не находили. В середине 60-х годов бельгийский невролог Паско Ракис исследовал мозг макак и не нашел в нем ни одной клеточки, которая появилась бы после рождения животного. Нет у макак, значит, нет и у других приматов, в том числе, и у человека, заключил он, и все с ним согласились.

Не успел доктор Ракис объявить о своих результатах, как его концепции был нанесен первый чувствительный удар. У взрослых крыс в гиппокампе обнаружены были новые, только что появившиеся клетки. Гиппокамп - это подкорковая структура, где прежде всего формируется запоминание вещей и мест. Вскоре ученые заметили, как новые клетки появляются и в обонятельной луковице - органе распознавания запахов.

-

Откуда же берутся эти новые клетки? Оказалось, что из двух так называемых желудочков - полых углублений в мозгу. Там, в желудочках, находятся столовые клетки, или клетки - предшественницы, которые дают начало нейронам всех типов и клеткам глии, окружающей и питающей наше серое вещество.

Новые клетки появлялись у крыс не просто так, без всякой причины, а под воздействием таких провоцирующих обстоятельств, как обучение какому-нибудь навыку, телесные повреждения или даже инфекция. Затем такие же клетки были обнаружены в мозгу у мышей, кроликов, морских свинок. Вырастали они и у канареек, когда им наступало время учиться новым песням, и у гаичек, когда им надо было запомнить, где они прятали на зиму свой немудреный корм.

В 1997-м году Элизабет Гульд, принстонский невролог, обнаруживает нейрогенез, то есть формирование нейронов, в гиппокампе у древесных землероек и мартышек. Спустя год Фред Гейдж, невролог из Института Солка в Ла Холле, в Калифорнии, показывает, как благодаря стимуляции количество нейронов в мышином гиппокампе увеличивается на 15 процентов. И приходят эти нейроны все из тех же желудочков.

Гейдж думает, что нейрогенез может идти не только в гиппокампе, но и в других частях головного мозга, и даже в спинном мозгу. Может быть, подобно коже, и головной мозг постоянно сам себя ремонтирует и обновляет, и лишь при серьезных повреждениях его ремонтная служба оказывается бессильной. То, что дело не должно ограничиваться гиппокампом, подтверждают последние опыты Элизабет Гульд. С помощью химических индикаторов она увидела, как в мозгу у макак клетки, рожденные в желудочках, добрались до тех зон коры, которые отвечают за язык и долговременную память и включились в уже существующие цепочки нейронов. Но все это у животных, а где же человек?

К человеку приводят ученых совершенно необычные обстоятельства, вполне пригодные для детективной повести. Лет 20 тому назад молодой врач Уильям Шенкл, проходивший практику в Бостонском университете, обратил внимание на груду сваленных в коридоре картонных коробок. Шенкл заглянул в одну из них и ахнул. В ней оказались образцы мозговой ткани и слайды из коллекции доктора Джесси Конела. Шенкл попросил коробки не выбрасывать, а подарить ему. Вскоре он уже погрузился в чтение восьми томов, которые успел издать покойный Конел, и в которые до Шенкла никто не заглядывал, и его взору предстала следующая картина. Конел, работавший неврологом в детской больнице в Бостоне, изучал мозг детей, умерших от несчастных случаев и болезней, не затрагивавших мозг. Ему удалось сделать более 4 миллионов измерений нейронов у детей в возрасте от нескольких дней до 6 лет.

Измерения велись с 1939-го года по 1967-й. Компьютера у Конела не было, и подсчитать все нейроны он не мог, он очень точно описал все вертикальные колонки нейронов в каждой из 35 областей мозга, относящихся к каждому возрасту. В те годы нейрофизиологи только начинали понимать, что многое в высших функциях мозга определяется строением этих колонок, но доктор Конел уже положил этот принцип в основу своих исследований.

Уильям Шенкл, теперь уже не столь молодой невролог, решил у себя, в Калифорнийском университете, в Ирвине, повторить или, лучше сказать, перепроверить все, что сделал Конел, не мечтавший о такой технике, которая теперь была в руках у его последователя. Удивительную вещь обнаружил Шенкл: у детей со дня появления на свет и до трех месяцев число нейронов вырастало примерно на треть, причем во всех 35 областях мозга. Но потом, между 3 и 15 месяцами оно опускалось до первоначального уровня. Пропала треть нейронов! Затем число нейронов резко возрастало, и к 6 годам удваивалось. Шенкл предполагает, что рост мозга, хотя и в медленном темпе, продолжается до 21 года.
"Мозг растет не благодаря тому, что увеличиваются существующие колонки, а благодаря тому, что прибавляются новые", - говорит Шенкл. Быстрым ростом мозга в детстве и динамичными переменами в его строении можно объяснить тот загадочный факт, что дети, лишившиеся даже целого мозгового полушария, живут потом более или мене нормальной жизнью.

К измерением, которые провел Конел и повторил на компьютерном уровне Шенкл, придраться трудно. Но скептики все еще придираются. "Может, это не нейроны растут, - возражают они, - а глиальные клетки, их питающие. Надо еще раз как следует проверить, да и откуда им взяться, нейронам"? "Оттуда же, откуда и у всех - из мозговых желудочков", - отвечает скептикам Стивен Голдман, невролог из Корнельского медицинского центра в Нью-Йорке. Только что Голдман исследовал образцы ткани, извлеченной из мозга больных эпилепсией, и обнаружил в желудочках мириады клеток-предшественниц, готовых превратиться в нейроны. "Мне кажется, - добавляет он, - настала пора подумать не о том, существует ли все это на самом деле, а о том, что можно извлечь из этого для медицины"!

---

Упражнения весьма актуальны не только для поддержания хорошей физической формы, но способны также стимулировать мозговую активность. По крайней мере, к таким выводам пришла группа ученых под руководством Фреда Гейджа из Калифорнии, которая изучала скорость возникновения новых нервных клеток в мозгу у мышей. В группе, в которой мыши активно осваивали лабиринты, количество новых клеток головного мозга вдвое превышало аналогичный показатель для мышей, ведущих малоподвижный образ жизни. Ученые объясняют этот эффект не в последнюю очередь усилением притока крови к тканям головного мозга. Однако остается неясным, какая активность в данном случае имеется в виду, - ведь у животных в эксперименте отделить физическую активность от психической достаточно сложно. Поэтому непонятно, что же нужно делать людям для обрастания новыми мозгами: крутить велосипед или же решать кроссворды?

Биологическая Обратная Связь единым усилием мозга...

Intel волновой активности мозга
20.11.09. www.gzt.ru
Сотрудники исследовательской лаборатории Intel из американского Питтсбурга считают, что к 2020 году необходимость в клавиатуре и компьютерной мыши отпадет, а открывать документы, вводить текст и путешествовать по Интернету можно будет силой мысли за счет вживленных в мозг чипов.
С этой целью ученые пытаются найти способы читать волновую активность мозга и трансформировать ее для управления различными устройства – мобильными телефонами, телевизорами, компьютерами и т. п.  Для этого разработчики Microsoft предполагают использовать технологию Natal, предназначенную для геймеров консоли Xbox. А передачу сигналов головного мозга будут осуществлять специальные сенсоры, вживленные в кору головного мозга.
«Конечно, еще многое предстоит сделать, но я думаю, импланты чипов могут вполне стать реальностью», – рассказал изданию Computerworld вице-президент Intel по исследованиям Андрю Шьен (Andrew Chien).
Сейчас в Intel изучают изменения кровотока в различных областях мозга в зависимости от того, о каком слове думает человек или какой образ пытается представить. Как правило, мозг различных людей одинаково реагирует на одни и те же слова или образы. Например, если два человека видят медведя или слышат его рычание, диаграммы активности нейронов для них окажутся идентичными.
«Если мы научимся точно определять отдельные слова, вы сможете печатать с помощью силы мысли», – утверждает один из участников исследования Дин Померлау (Dean Pomerlau). Причем вводить текст можно будет как по буквам, так и сразу отдельными словами, представив их в уме.

Виртуальная реальность человека расшифрована
12.03.09.  Current Biology
Неинвазивная IN VIVO-МР-томография высокого разрешения и многомерный анализ (декодировка активности гиппокампа) позволили нейрофизиологам   Демису Хассабис (Demis Hassabis) и Элеоноре Магуайер (Eleanor Maguire) точно определить местоположение индивидуума в среде простой виртуальной реальности.
В экспериментах Центра нейродиагностики при Университетском колледже Лондона (University College London) добровольцы лежали в кольце магнитно-резонансного томографа и одновременно "ходили" по двум виртуальным комнатам (зеленой и синей). Так как поле томографа не позволяет применять вблизи него приборы, вместо виртуальных очков испытуемые наблюдали компьютерный мир через систему зеркал.
Сначала добровольцы просто походили по комнатам, останавливаясь в восьми заранее оговоренных точках (по четыре в каждой комнате). В этот момент фиксировались изменения в кровотоке ансамблей нейронов в гиппокампе (каждая из этих групп включала в себя около 10000 нейронов). Затем компьютер составив карту типичных "рисунков" в активности нейронов. Далее,  уже по постоянно идущему потоку данных с томографа,  компьютер смог определять в какой из этих точек виртуальной комнаты находится испытуемый.
Специалисты уже назвали данное достижение "невероятным" и открывающим путь для создания технологии по считыванию мыслей человека. "Нас, видимо, отделяет всего одно десятилетние от создания машины, которая будет способна безошибочно считывать мысли человека", - заявил руководитель работ Дэмис Хассабис.

Доктор Джеймс и одна из испытуемых демонстрируют интерфейс "мозг – Интернет – мозг" (University of Southampton).

Впервые осуществлена связь мозга с мозгом через Интернет
6.10.2009. www.gizmag.com
Новая разработка является дальнейшим шагом в череде исследований в разных странах, объединённых темой интерфейса " мозг — компьютер" (Brain-Computer Interface — BCI). Исследователи не раз демонстрировали, что при помощи компьютерного анализа мозговой активности можно "напрямую" соединить мозг человека с инвалидной коляской, роботом-андроидом или манипулятором.
Теперь Кристофер Джеймс (Christopher James) из университета Саутгемптона и его коллеги пришли к новому варианту данной технологии — коммуникации " мозг — мозг" (Brain-to-Brain – B2B).
Цепочка работала следующим образом. Отправитель (на схеме вверху — слева) смотрел на дисплей, где видел по краям экрана 0 и 1. Он должен был мысленно выбирать одну из цифр, лишь представляя, будто двигает левой (0) или правой (1) рукой. Набор электродов на голове (усилитель сигналов ЭЭГ) воспринимал мозговые волны, которые компьютер расшифровывал и определял выбор человека. Далее через Сеть (молнии в центре схемы) эта информация отправлялась адресату (справа). На другом конце линии компьютер превращал 0 или 1 в серию быстрых вспышек светодиодного стробоскопа. Частота их зависела от переданного числа.
Получатель смотрел на эти вспышки, а в это время усилитель ЭЭГ на его голове считывал мозговые волны, связанные со зрительной активностью. По этим сигналам другой компьютер мог безошибочно узнать — была ли передана двоичная единица или нолик, и вывести их на свой экран.
После того как первая цифра в сообщении была определена, отправитель начинал думать о второй цифре. Так было передано послание "1011".
Важно отметить, что >сам "реципиент", глядя на стробоскоп, > не мог сознательно отличить зашифрованный 0 от 1, для его глаз все вспышки были идентичными. Будь иначе, можно было бы не усложнять опыт, а просто сразу показывать на экране цифры, переданные первым испытуемым. Но в таком случае эксперимент ничем не отличался бы от имеющихся интерфейсов BCI. А так как мозг получателя оказывался буквально встроен в цепочку передачи данных, британцы получили право заявить о создании первого интерфейса B2B.

ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЗРИТЕЛЬНОЙ КОРЕ МОЗГА

Игорь Александрович Шевелев, академик РАН,
директор Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.
"Природа" № 12, 2001 г. www.vivovoco.nns.ru

В 1920-х годах немецкий электрофизиолог и психиатр Г.Бергер (1873—1941) впервые зарегистрировал биоэлектрическую активность (в виде колебаний потенциалов) мозга человека. С тех пор приложено много усилий, чтобы понять, имеют ли такие колебания какое-то функциональное значение или всего лишь сопутствуют нейронной активности и служат индикатором состояния мозга. Сегодня мы знаем, что работа этого важнейшего органа человека основана на передаче электрических сигналов, которые одновременно генерируются множеством нервных клеток. Электрическую активность всего мозга можно представить как шум огромной толпы, миллиарды членов которой разговаривают одновременно. Ни у кого не вызывает сомнений, что голос отдельного нейрона важен в этом общем шуме — ведь именно нервная клетка участвует в анализе и переработке информации. А вот относительно всей многоголосицы ясности нет до сих пор.

Суммарная электрическая активность мозга (шум огромной толпы) записывается с помощью электроэнцефалографа, который регистрирует колебания электрических потенциалов в нескольких частотных диапазонах, или ритмах. Все вместе они формируют электроэнцефалограмму (ЭЭГ), анализируя которую, нейрофизиологи пытаются понять, как работает мозг.

Здесь речь пойдет только об одной его функции — зрительной — и об одном виде электрической активности, отраженной на ЭЭГ, о так называемом альфа-ритме, т.е. колебаниях электрических потенциалов с частотой от 8 до 13 Гц. В этом диапазоне частота ритма индивидуальна, но есть он практически у каждого человека и особенно мощно проявляется в зрительной области (она находится в затылочной части обоих полушарий) коры большого мозга в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами.
 

Гипотетическая связь размера опознаваемых треугольников с ходом распространения альфа-волны (показана цветом) и с последовательностью ее фаз (внизу). По гипотезе Питса и Мак-Каллока, волна движется из центра коры к периферии, последовательно считывая информацию о зрительном образе. Поэтому мелкие фигуры должны опознаваться раньше других (фаза 1), а крупные — позже всех (здесь фаза 3).

Альфа-ритм, как и электрическая активность мозга в диапазоне других частот, многие годы был предметом фундаментальных исследований, но теперь перекочевал в прикладные и полуприкладные работы. Это связано, видимо, с тем, что большинство подходов к анализу его роли исчерпали себя и оказались непродуктивными. Несмотря на множество специальных руководств и ряд журналов, заполненных статьями по ЭЭГ, значение альфа-ритма для работы мозга до сих пор дискуссионно, если не сомнительно.

Неясны и механизмы генерации этого ритма. Так, все еще преобладает точка зрения, что
альфа-ритм — это колебания потенциалов, синхронно развивающиеся во всей зрительной коре, т.е. стоячая волна. Между тем много лет назад американские исследователи — математик У.Питс и невролог У.Мак-Каллок — предложили гипотезу сканирования, связанную именно с этим ритмом ^[1].
По их мнению, альфа-ритм отображает сканирование зрительной коры, считывание с нее информации движущейся волной возбуждения. Напомним, что в первичной проекционной области зрительной коры, куда приходят сигналы из сетчатки глаза через подкорковый зрительный центр, соблюдается так называемая ретинотопия. Это означает, что видимый мир, спроецированный на сетчатку (ретину) оптической системой глаза, отображается в коре принципиально такой же картиной возбуждения. Недаром зрительную кору называют корковой экранной структурой.

Распространение альфа-волны по зрительной коре. Согласно гипотезе Питса и Мак-Каллока, эта волна начинает свой ход (фаза 1) из центра корковой проекции поля зрения (ц.п.з.) к периферии. Однако экспериментальные результаты показывают обратное направление — от периферии к центру.
 

Авторы гипотезы сканирования предположили, что через каждые 100 мс в центре этого коркового экрана возникает волна возбуждения, которая распространяется за такое же время до его границ. Эта движущаяся волна суммируется в каждом нейроне с возбуждением, пришедшим из сетчатки глаза, тем самым повышая уровень деполяризации нервных клеток, расположенных все дальше от центра зрительной коры. В результате с корковой экранной структуры последовательно считывается, сканируется, зрительная информация, которая передается затем в другие области коры, где производится дальнейший анализ информации и опознание образов.
Авторы придавали весьма большое значение альфа-ритму и без излишней скромности назвали свою статью “Как мы познаем Вселенную. Восприятие слуховой и зрительной информации” (позже, через 10 лет, Питс и Мак-Каллок стали соавторами знаменитой статьи Дж.Леттвина и Т.Матурано “Что глаз лягушки рассказывает мозгу лягушки”, в которой были впервые описаны нейроны-детекторы).

Мысль о сканирующей волне возникла не на пустом месте. Авторы заметили сходство структуры основных пучков нервных волокон в зрительной и слуховой коре со схемами устройств для автоматического управления зенитным огнем, разработанных в конце второй мировой войны. На это интересное совпадение обратил внимание и отец кибернетики Н.Винер, давший теоретической работе Питса и Мак-Каллока высокую оценку.

Несомненно, что эта идея, окажись она верной, была бы очень важна как для понимания последовательности переработки зрительной информации, так и для оценки функционального значения альфа-ритма. Однако строгие доказательства гипотезы отсутствовали. Экспериментально сам сканирующий процесс не был обнаружен, а косвенные данные оказались противоречивыми — одни из них подтверждали следствия, вытекающие из гипотезы, другие — нет.
Чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу Питса и Мак-Каллока, в середине 80-х годов мы начали специальные опыты.

Четыре косвенных доказательства

Опознание формы геометрических фигур
В то время проверить гипотезу об альфа-сканировании можно было лишь косвенно, так как существовало много методических ограничений. Мы провели 285 управляемых компьютером экспериментов, в которых перед испытуемыми (их было 29 человек) ставилась задача опознать форму геометрических фигур разного углового размера. Мы исходили из простого следствия гипотезы: если альфа-ритм распространяется из центра зрительной коры, то мелкие изображения, контур которых там и проецируется, будут опознаваться лучше при их предъявлении испытуемому на ранних фазах альфа-волны, а более крупные, “локализованные” на периферии, — на относительно поздних ^[2].

В экспериментах компьютер в случайном порядке, на короткое время, предъявлял на экране геометрические фигуры разной формы и углового размера (от 0.7 до 16°) во время одной из четырех фаз альфа-волны или же — в контрольной серии — вне всякой связи с какой-либо из них.

Как мы и предполагали, вероятность опознания фигуры увеличивалась, если ее запуск производился в соответствующую ее размеру фазу ^[3], ^[4]. Но что было неожиданным, так это противоположная предсказанной связь между размером фигуры и фазой волны: если изображения на экране возникали в ранние фазы, лучше опознавались более крупные фигуры, а в поздние — наоборот, мелкие.

Таким образом, мы косвенно подтвердили следствие гипотезы Питса и Мак-Каллока о распространении волны возбуждения по зрительной коре. Однако из наших опытов следовало, что альфа-волна движется не от центра к периферии корковой проекции поля зрения, как предполагали авторы гипотезы, а наоборот — от периферии к центру. Мы полагаем, что каждые 80—120 мс (период альфа-ритма у разных испытуемых) в корковой проекции ближней периферии поля зрения (9—12° от его центра) генерируется волна, которая равномерно перемещается к центру и достигает его за три четверти альфа-периода, т.е. примерно за 75 мс.

Распознавание направления движения стимула
Естественно было предположить, что с фазами альфа-волны связано распознавание не только формы изображения, но и направления его движения. Чтобы выяснить, так ли это, вызванная быстро движущимся по экрану световым пятном волна коркового возбуждения пускалась либо в одном направлении с распространяющейся альфа-волной, либо — навстречу ей. Испытуемые должны были ответить, к центру экрана или к периферии движется световое пятно, создаваемое компьютером. В этой серии экспериментов соблюдались те же условия: в опыте начало движения зрительного стимула совпадало с одной из фаз альфа-ритма, в контроле синхронизация полностью отсутствовала.

Известно, что человек лучше опознает центростремительное направление. (Это связано, по-видимому, с большей биологической значимостью для человека сигналов, которые появляются на периферии поля зрения в связи с их новизной и возможной опасностью.) В контроле так и было. Но в опыте это предпочтение сменялось на противоположное: испытуемые лучше распознавали центробежное направление — навстречу альфа-волне ^[5], ^[6]. Такое предпочтение в опознании вполне объяснимо. Известно, что восприятие движения основано на активации нейронов зрительной коры, обладающих высокой чувствительностью к его направлению. А поскольку активация зависит от пространственно-временного градиента входного сигнала, который бывает наибольшим при встречном движении двух волн (центростремительной альфа-волны и центробежной волны, вызванной светом), то естественно, что именно в этом случае и улучшаются показатели распознавания. Так подтвердилось еще одно следствие гипотезы Питса и Мак-Каллока.
 

Зависимость вероятности (отложена по вертикали) опознания геометрических фигур разного размера от момента их предъявления, т.е. от фазы альфа-волны. При хаотическом предъявлении в контрольных опытах эта вероятность одинакова и принята за ноль (координатная плоскость). Видно, что распознавание более крупных фигур улучшается по сравнению с контролем, если они предъявляются на ранних фазах альфа-ритма, а более мелких — на поздних фазах.

Возникновение зрительных иллюзий
Из гипотезы сканирования вытекает еще одно следствие: ритмическая фотостимуляция с частотой альфа-ритма может создать в зрительной коре квазистробоскопический эффект. Мы решили проверить, способны ли ритмические вспышки света, создающие в зрительной коре диффузную волну возбуждения, “заморозить”, остановить альфа-волну в некий момент движения и тем вызвать ее зрительное восприятие как неподвижного изображения. Следует сказать, что еще в 50-х годах английский нейрофизиолог У.Уолтер описал появление некоторых иллюзорных зрительных образов при вспышках света.

В наших опытах человек сидел с закрытыми глазами перед лампой стробоскопа, частоту вспышек которого компьютер менял в случайном порядке. При возникновении зрительной иллюзии испытуемый нажимал на ключ и компьютер фиксировал частоту, на которой образ появлялся. Судя по словесным описаниям и зарисовкам восприятий, испытуемые видели светящиеся кольца, круги, спирали или решетки с косо пересекающимися линиями ^[7], ^[8]. Примечательно, что в многократных повторах у каждого испытуемого преобладал один и тот же тип иллюзии. Раз возникнув, она могла двигаться: спираль или диск медленно вращались, образ пульсировал, удаляясь или смещаясь в сторону, менял цвет.

Индивидуальная, доминирующая в спектре мощности ЭЭГ, частота альфа-ритма и оптимальная частота стимуляции (ее диапазон у разных людей колебался от 6.5 до 13.8 Гц) для получения четкого иллюзорного эффекта оказались тесно связанными. Характерно, что вероятность восприятия круга и спирали значимо снижалась даже при небольшом изменении частоты стимуляции, а образ решетки возникал на частотах более низких или высоких по сравнению с теми, которые вызывали иллюзии круга и спирали.

Итак, в этой серии опытов подтвердилось третье следствие исходной гипотезы. Наши испытуемые “увидели”, т.е. иллюзорно восприняли как реальный зрительный образ собственную волну альфа-ритма, как бы остановленную в тот или иной момент ее распространения по зрительной коре.

На чем основан этот эффект? Можно думать, что возбуждение, создаваемое вспышками, изоритмичными с альфа-волной, доводит до порога восприятия обычно невидимое (подпороговое) ее распространение. Наши результаты свидетельствуют в пользу кольцевой формы сканирующей волны, так как именно круг или кольцо были наиболее характерными иллюзиями у испытуемых. Что касается спирали, то она чаще возникала при небольшом рассогласовании частот стимуляции и альфа-ритма, в то время как решетка — при более значительном их отличии.

Движущиеся волны и зрительные иллюзии
Мы решили проверить также, связаны ли описанные иллюзии с движущимися волнами ЭЭГ, так как казалось логичным, что и эти волны могут отражать работу сканирующего механизма. Дело в том, что движение волны возбуждения в зрительной коре может вызвать последовательное смещение максимума потенциала по поверхности коры большого мозга. В электрофизиологии это смещение и принято называть движущимися волнами. На динамических картах альфа-потенциалов мозга удается выделить несколько фокусов, или полюсов, каждый из которых перемещается по своей траектории. Если проанализировать такие карты, можно выяснить, совпадает ли с каким-либо направлением движения та или иная иллюзия, вызванная у испытуемых ритмической фотостимуляцией.

Возникновение зрительных иллюзий. При фотостимуляции с частотой альфа-ритма обычно появляются иллюзии в виде круга, спирали или решетки (вверху), причем четко проявляется связь частоты фотостимуляции для их вызова с доминирующей у каждого испытуемого частотой альфа-ритма (в середине). Примечательно, что рассогласование этих частот на 1—2 Гц приводит к снижению вероятности возникновения любой иллюзии, особенно — круга (внизу).

Карты альфа-потенциалов (с шагом 4 мс) мы строили на основе ЭЭГ испытуемых, которые находились в условиях наибольшего проявления альфа-ритма, т.е. спокойно сидели закрыв глаза. Движущиеся волны обнаруживали, сравнивая ЭЭГ, полученные до и во время фотостимуляции, и ранжировали их по 10 траекториям. Каковы же были результаты?

Во-первых, на серии динамических карт, отражающих волну, которая двигалась от затылка ко лбу, мы увидели, что отрицательный полюс потенциала, находящийся в затылочной области коры, распространяется в том же направлении ^[9].
Во-вторых, удалось выявить, что конкретные иллюзии возникали на фоне определенной траектории волны. Например, круг и спираль появлялись в том случае, если волна двигалась от затылка ко лбу, а решетка — при траектории, направленной от левой затылочной области коры к правой лобной. Следовательно, связь между видом иллюзии и направлением движения альфа-волны существует.

Прямое доказательство

Теперь мы уже знали, что от фазы альфа-волны зависит распознавание формы геометрических фигур и направления движения зрительного стимула, что эту волну можно “остановить”, вызвав ее иллюзорный зрительный образ; увидели, что она распространяется по нескольким траекториям, с которыми связан определенный вид иллюзии. Но все это — косвенные доказательства. Как же получить прямые подтверждения теоретическим построениям Питса и Мак-Каллока?

Исходя из зависимости вида иллюзии от траектории смещения максимума потенциала, мы предположили, что эта траектория может отражать и движение источника альфа-ритма. Обнаружив это, мы тем самым непосредственно доказали бы гипотезу сканирования.

Опознание центробежного и центростремительного движений. При совпадении времени запуска движущегося светового пятна с какой-либо фазой альфа-волны центробежное направление опознается лучше по сравнению с контролем (нулевая плоскость), а центростремительное — хуже. Предпочтение выражено сильнее, когда пятно начинает движение из левого полуполя зрения. Звездочками на схеме отмечены достоверные (р<0.05) отклонения в опознании.

Регистрация электрической активности мозга от набора электродов, расположенных в разных участках головы человека, позволяет судить о распределении потенциалов на двумерной поверхности. Известно, однако, что в энцефалограмму существенный, а иногда и определяющий вклад вносят генераторы потенциалов из глубинных структур мозга. Обнаружить и установить местоположение таких генераторов позволяют методы трехмерного анализа ЭЭГ, основанные на решении обратной задачи. Для этого разработаны специальные компьютерные программы.

Считается, что за распределение альфа-потенциалов по поверхности головы отвечает эквивалентный токовый диполь альфа-ритма ^[10]. Наша задача состояла в том, чтобы выявить последовательный сдвиг диполя по зрительной коре во время развития альфа-волны, которая регистрируется от поверхности головы.

Для этого анализировали ЭЭГ испытуемых (в опытах с ритмической фотостимуляцией, вызывающей зрительные иллюзии), решая обратную задачу для трехслойной сферической модели головы. В результате в затылочных долях мозга удалось выявить и последовательный сдвиг диполя, и поворот его вектора ^[11]. При движении альфа-волны от затылочной области к лобной источник альфа-ритма смещался в медиальном направлении и вниз, а его дипольный момент поворачивался против часовой стрелки в горизонтальной плоскости и по часовой стрелке — в сагиттальной. Эти результаты указывают на быстрое смещение источника альфа-ритма в области мозга, которая совпадает с первичной зрительной корой, и подтверждают гипотезу о ее сканировании распространяющейся волной.

Движущаяся волна альфа-ритма и ее траектории. На картах поля альфа-потенциалов мозга (три левых колонки) одного из испытуемых видно, что она распространяется от затылочной области мозга к лобной. Возможны несколько траекторий (на правой части рисунка их показано 10). На фоне определенной траектории и возникает конкретная зрительная иллюзия (справа внизу).

Таким образом, последовательный сдвиг диполя во время альфа-ритма прямо отражает движение волны возбуждения по зрительной коре. Поворот же вектора диполя при этом становится неизбежным, ведь она движется не по ровной поверхности, а по сложно упакованной шпорной извилине в первичной проекционной области зрительной коры.

Поскольку локализация источника альфа-ритма проводилась на “обобщенной” трехмерной модели головы, мы сочли необходимым подтвердить его местоположение для каждого испытуемого с помощью ЯМР-томографии. Полученные трехмерные карты структур мозга (с пространственным разрешением около 1 мм) каждого конкретного человека, участвовавшего в опыте, совмещали по определенной программе с картами, которые отражали локализацию диполей альфа-ритма. Благодаря такому наложению двух видов трехмерных карт впервые удалось прямо выявить, что дипольный источник альфа-волны во время ее движения последовательно смещается по шпорной извилине. Это непосредственно, а не косвенно, свидетельствует в пользу гипотезы сканирования.

Положение токового диполя альфа-ритма и его векторов в динамике (шаг 2 мс). Токовый диполь (черные точки) — источник альфа-ритма — локализован в затылочной области, в какой бы плоскости профиля головы он ни был выявлен, и его позиция меняется по мере движения волны. Происходит и поворот вектора диполя (линии, исходящие из точек).

Механизмы генерации и распространения альфа-волны

Теперь, имея доказательства гипотезы Питса и Мак-Каллока, попробуем разобраться в механизмах, которые обусловливают возникновение и движение альфа-волны.

В принципе полученные в наших экспериментах эффекты можно было бы попытаться объяснить и без привлечения идеи о движении альфа-волны по зрительной коре. Однако если предположить, что одновременно вся эта кора просто “дышит” с частотой альфа-ритма, то нельзя было бы связать зависимость опознания геометрических фигур разного размера с фазой альфа-волны. Необъяснимым осталось бы и появление оформленных зрительных иллюзий при фотовспышках с альфа-частотой.

Часто критики гипотезы сканирования справедливо напоминают, что альфа-ритм наиболее выражен в темноте и при закрытых глазах, а воздействие света подавляет его, и он сменяется асинхронными колебаниями на более высоких частотах. Но противоречие этого известного факта с гипотезой Питса и Мак-Каллока только кажущееся, и авторы, кстати, сами упоминали о нем. Можно думать, что активация альфа-ритма при закрытых глазах — это эффект “холостого хода” сканирующего механизма. Тогда снижение на свету мощности альфа-ритма свидетельствует не об его истинном уменьшении, а об интерференционной маскировке. В самом деле, пришедшие из сетчатки глаза сигналы о многообразном внешнем мире по-разному активируют корковые нейроны, которыми эти сигналы (точнее, зрительная информация) перерабатываются. В результате создается множество волн возбуждения не синхронных с альфа-ритмом, потому и возникает впечатление, что он затухает при активном зрительном восприятии.

Питс и Мак-Каллок считали, что благодаря сканированию зрительной коры альфа-волной человек распознает объекты внешнего мира независимо от изменения их размера и поворота в пространстве. (Все мы узнаем стул, большой он или маленький, стоит на ногах или лежит на боку.) Кроме того, авторы гипотезы утверждали, что последовательное сканирование выгодно для представления на выходе зрительной коры информации не только в пространственном коде, но и во временном. К тому же сканирование, считали они, может обеспечить компактность “кабеля”, который связывает первичную зрительную кору с другими корковыми полями мозга. И этот “кабель” не требует того громадного числа нервных волокон, которое было бы необходимо для восприятия зрительной информации без сканирующего процесса. Благодаря ему, утверждали Питс и Мак-Каллок, такой “кабель” может быть упакован в отведенное ему ограниченное место в белом веществе затылочных долей мозга. Трудно добавить что-либо новое и существенное к этим весьма развитым умозрительным построениям, высказанным 50 лет назад. И хотя их все еще трудно обсуждать в деталях, аналогии можно найти. Отечественный физиолог М.Н.Ливанов (1907—1986) говорил о пользе сонастройки ритмов активности разных структур мозга для обеспечения функциональной связи между ними. За счет такой связи и повышается эффективность двигательной реакции на сенсорный стимул у животных и человека.

Точная локализация токовых диполей в мозге человека. На трехмерной карте мозга, полученной по данным ЯМР-томографии, расчетным методом виртуальной хирургии удалена часть затылочного полюса правого полушария. На внутренней, “обнажившейся” поверхности левого полушария показаны три последовательных положения дипольного источника альфа-ритма (белые точки). Находятся они на шпорной борозде — первичной проекционной области зрительной коры (другие дипольные источники располагаются глубже и на срезе не видны). Из-за сложности рельефа этой борозды поворот вектора диполя становится неизбежным.

Известно, что волны возбуждения могут генерироваться как внутри коры мозга, так и в подкорке, т.е. в структурах, внешних по отношению к ней. В самой коре волны, движущиеся со скоростью нескольких метров в секунду (такова скорость и сканирующей волны), до сих пор прямо не визуализированы. Правда, благодаря применению все более совершенных технических устройств в нейрофизиологических исследованиях уже удалось увидеть более медленные, чем сканирующая альфа-волна, волны (со скоростями до нескольких десятков мм/c) в зрительной коре ^[12] и обонятельной луковице ^[13]. Мы надеемся, что удастся увидеть, а не иллюзорно воспринять, и движущуюся альфа-волну. Мы уверены, что ее визуализация позволит лучше понять последовательность операций по переработке зрительной информации в коре большого мозга.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 93-04-21450, 97-04-48415), Российского гуманитарного научного фонда (проект 98-06-08027а), а также программы “Интеграция” (проект 429).

Литература
[1] Pitts W., McCulloch W.S. // Bull. Math. Biophys. 1947. V.9. P.127—147.
[2] Точные фазы волны в то время было невозможно установить, поскольку сигналы от изображений разного размера приходят в зрительную кору с разной задержкой. Но это не имело принципиального значения для наших опытов, поэтому здесь говорится только о последовательности фаз альфа-волны — относительно ранних или относительно поздних. [3] Шевелев И.А. и др. // Физиология человека. 1985. Т.11. №5. С.707—711.
[4] Shevelev I.A. et al. // Int. J. Psychophysiol. 1991. V.11. P.195—201.
[5] Шевелев И.А. и др. // Сенсор. системы. 1991. Т.5. №3. С.54—59.
[6] Shevelev I.A. et al. // Febs Lett. 1996. V.392. P.169—174.
[7] Шевелев И.А. и др. // Журн. высш. нерв. деятельности. 1996. Т.46. №1. С.34—39.
[8] Каменкович В.М. и др. // Журн. высш. нерв. деятельности. 1998. Т.48. №3. С.449—457.
[9] Shevelev I.A. et al. // Int. J. Psychophysiol. 2000. V.39. P.9—20.
[10] Верхлютов В.М. и др. // Журн. высш. нерв. деятельности. 1999. Т.49. №1. С.3—11.
[11] Shevelev I.A. // Brain Topogr. 1993. V.5. №2. P.77—85.
[12] Shevelev I.A., Tsicalov E.N. // Neuroscience. 1997. V.76. №2. P.531—540.
[13] Delaney K.R. et al. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1994. V.91. P.669—673.

ТАЛАНТЛИВОСТЬ И НЕОБЫЧНЫЕ СПОСОБНОСТИ.

Чем бы вы ни занимались: наукой, техникой, искусством, бизнесом... талант достижению ваших целей не помешал бы.
А что такое талант? Реализованная способность что-то делать сверххорошо, виртуозно, утонченно, вызывая восторг новизной, игрой ума, глубиной проникновения или масштабностью. Конечно же, в фундаменте таланта лежат ум, образованность или просто феноменальная осведомленность в каком-то деле, неординарная работоспособность, способность достигать цель вопреки всему мешающему, умение выходить на общественно значимые проблемы, способности к чему-либо конкретному.

Но, пожалуй, кроме талантливости подражателей, в основе любой другой лежит также способность творить, т.е. создавать новое, неизведанное и при этом общественно необходимое и значимое. Для этого надо быть, прежде всего, генератором идей. Без генерации новых, сильных идей талантливых работ не будет. Наверное, вам приходилось встречаться с очень эрудированными, работоспособными специалистами, которые могут сделать все, что угодно, но на известном книжном уровне. У них было все, кроме вот этой самой генерации идей, и выдающиеся работы не появлялись.

Почитав труды исследователей жизни и качеств наиболее талантливых личностей, вы можете узнать, что зачастую это были люди с высокой чувствительностью, часто вспыльчивые, неуравновешенные с тяжелым характером. Ну и что из этого? Как все-таки генерируются идеи? Почему одни их генерируют почти каждый день, а другие - эдакие эрудиты, всё на свете и умеющие, - редко, почти никогда? И как эта генерация происходит?

Многое уже известно. Вот, например, такой алгоритм получения сильной идеи: изучение информации, постановка задачи - внедрение в проблему, настойчивая попытка ее разрешения - передышка - озарение. Да, так бывает, но не всегда и не у всех Чего-то здесь не хватает.

Мутации, т.е. случайные изменения в нейронных цепях, в нейронных связях, рождают информационные мутации - образов, ассоциаций, представлений. В несколько секунд или минут стало ясно: все, что мы знаем, запоминаем, так или иначе "набирается" (отражается) в нейронных цепях, системах мозга. Но как получаются их мутации, под влиянием чего мутируют нейронные цепи?
Однозначно - под влиянием стрессов!

Стресс как неспецифическая, по Г. Селье, реакция на любой сильный раздражитель вызывает синтез гормонов стресса, перевозбуждение мозга. Рвутся связи между нейронами, гибнут сами нейроны - это уже мутации, а дальше - больше: после отдыха и восстановления организма и мозга связи тоже восстанавливаются, но уже не так, как раньше, ведь часть нейронов погибла, а прорастающие дендриты соединяются не обязательно с теми же, а уже с другими дендритами других нейронов. Нейронные цепи мутировали и изменили записанную в них информацию.

Информационные мутации, рожденные таким случайным процессом, будут тоже случайными, а потому самыми разными - полезными и бесполезными, логичными и нелогичными хаотичным и чудищами, кошмарами и т.п. И только сознание оценивает и отбирает их, запоминая и развивая лишь то, что логично и полезно! Выход мутаций в их первородном виде мы наблюдаем во сне. Мутации при выходе из подсознания мгновенно достраиваются логическим мышлением до некоторой позитивной мысли или идеи. Так возникает озарение - во снеили наяву, но чаще всего при воспоминании (после отдыха) интересующей проблемы, которую приходилось штурмовать уже не раз.

Большей частью мутации-генерации происходят в подсознании, процессорная мощность которого выше управляющей мощности сознания в 104-106 раз.
Главной движущей силой в этом преобразовании является стресс, приводящий к насильственной мутации нейронных цепей и записанной в них информации.
А как же талант, как формируется талантливость? Вас озарило раз, другой, третий. Вы генерируете новые идеи и, если вы способны доводить дело до конца, то на основе этих озарений-идей каждый раз получаются оригинальные работы, в них что-то новое, полезное и, с каждым разом, все ярче и ярче, сильнее, талантливее. Так, шаг за шагом, формируется и постепенно проступает талант.

В соответствии с законами диалектики количественные изменения неизбежно рождают качественные изменения, многое зависит от силы и длительности стрессовых воздействий на мозг
Слабые воздействия - это, например, фоновые, в которых мы живем постоянно. Не буду их перечислять. Их роль - в стирании старых связей в мозге и забывании информации. Это, собственно, ход времени. Конечно, они тоже приводят к мелким мутациям, но в процессе работы они постоянно выбираются сознанием - идет плавное, шаг за шагом, развитие по известной в философии диалектической спирали, без перескоков с нижнего витка на верхний, так как нет крупных идей, озарений, обусловливающих такой скачок и, возможно, ускоряющих подсознание, и сотворение нового - на порядок и более! Если же происходит перерыв в работе - все тонкости проблемы быстро забываются, и хотя мутации копятся, из-за стирания информации нужные мутации сознанием не опознаются и теряются.

Наиболее, видимо, продуктивны средние воздействия. Когда нейронные связи рвутся, мутации возникают, но гибель нейронов еще несущественна для хорошей работы мозга. После краткого отдыха, перерыва в работе связи восстанавливаются, но с изрядной долей мутаций, приводящих при вспоминании к нужным идеям-озарениям.
Сильные воздействия - болезни, тяжкие длительные стрессы: несчастная любовь, тяжелые травмы. Длительное нахождение на грани жизни и смерти. Что тогда? Естественно, что когда весь организм погибает, то гибнет и гигантское количество нейронов в мозге, гибнут значительные его участки. Потом - медленное выживание и восстановление мозга. Но при этом не просто восстанавливаются связи, имитирующие старые цепи, хотя и с изрядной долей мутаций, а существенно меняются многие структуры мозга, обусловливающие способности индивида. Нейроны у всех людей устроены примерно одинаково. А вот структура мозга, количество нейронов в них, в коре полушарий - это разное, поэтому разные способности.

Как уже доказано экспериментами, сильные стрессы вызывают интенсивные генные мутации в ядрах нейронов, что может приводить, как говорят физиологи, к изменению поведенческих реакций этих нейронов. Видимо, это еще один из механизмов не только усиления мутаций в нейронных цепях, но и изменения структур мозга, нервных центров, связей между ними и сопряженных с этим способностей человека.

Итак, в результате потрясений и изменения мозговых структур одни способности теряются, утрачиваются напрочь, другие усиливаются, появляются совершенно новые, не свойственные данному индивиду до пережитого потрясения. При соответствующем дальнейшем образе жизни старые, но усилившиеся или вновь приобретенные способности могут развиваться до уровня талантливости!
Это уже новый, не совсем рабочий путь становления талантливости.

Говоря о формировании необычных способностей, нельзя не вспомнить о том, что именуют "путь шамана". В шаманизме люди старались удержать духовную интуицию, непрерывно скудеющую с развитием цивилизации. Здесь на первое место выступают избранники, пролагающие путь к сверхчеловеческим силам. Ясновидцы, мистики и прорицатели хранят и совершенствуют архаическую технику экстаза многотысячелетней давности. Тут утверждается вера в то, что высшими тайнами обладают исключительно одаренные люди, посредничающие между своим народом и "духами". У них могут проявляться телепатические способности. Эти различные дарования и провидческие способности создавали прочный авторитет шаманов у народа. Неудача для настоящего шамана (здесь, как и везде хватает шарлатанов) - трагедия!
Шаманизм всегда сопротивлялся угасанию интуиции и духовных сил в человеке, тренировал "внутреннее зрение", экстрасенсорные, парапсихологические способности, медитацию, технику созерцания и экстаза. С шаманами в мир шли первые религиозные вожди. Шаман часто становился и пророком, возглавлявшим свой народ во время социальных кризисов.

Однако нас интересует другое - как отбирают претендентов в шаманы, как их готовят, как человек становится шаманом.
Отбирают в претенденты либо из потомков шамана, либо людей, особо восприимчивых, чувствительных к внешним воздействиям. Вот история шамана Игьюгарьюка.

В молодости его часто посещали сновидения. "Странные существа говорили с ним во сне, и когда он пробуждался, сновидения стояли перед ним, как живые". Сородичи поняли, что он одарен особой восприимчивостью, и было решено посвятить его в шаманы. Будущий заклинатель противился своему мистическому дару, что приводило, наоборот, к тяжелым галлюцинациям и припадкам какой-то болезни, так что, в конце концов, согласился с этим и смирился. Началось посвящение... Будущего шамана надолго оставляют одного в пещере или шалаше без пищи и питья, где он должен сосредоточиться на мысли о Великом Духе. "Истинную мудрость, - говорил Игьюгарьюк, - можно приобрести лишь вдали от людей, в великом уединении, и постигается она лишь путем страданий. Только нужда и страдания могут открыть уму человека то, что скрыто от других"... Только раз в несколько дней посвящаемому дают немного пищи и питья, а потом испытание снова продолжается.
Игьюгарьюк рассказывал, что за эти 30 дней он натерпелся такого холода и голода, так истомился, что временами "умирал ненадолго". Но, как было положено, "он все время думал о Великом Духе, стараясь гнать от себя мысли о людях и повседневных событиях. И лишь под конец явился к нему дух-пособник в образе женщины. Явилась она, когда он спал, и ему чудилось, что она носится над ним... Затем пост повторялся".

Так же происходит посвящение в шаманы и у других народов. Человек чувствует полное перерождение своего тела и духа. После посвящения эти "знахари-ясновидцы остаются под глубоким впечатлением своих духовных переживаний".
Тот, кто прошел через эти обрядовые испытания, "пережив смерть и возвращение к жизни", должен руководствоваться в своем поведении высокими идеалами. Дальше - овладение техникой камлания, экстаза, каталепсии и многое другое, ведь только в состоянии транса, экстаза, каталепсии, состоянии полусна без сознания, потери сознания и т. д. шаман общается с духами, с образами которые рождаются у него в результате заданного при посвящении вектора развития мозга, - во что бы то ни стало научиться общаться с духами! В таких состояниях и происходит общение с духами. Так происходит поиск решения заданной шаману задачи. Он создает мутации тяжкими, изматывающими методами вхождения в транс (длительные пляски, бубен, сосредоточение, медитация, хождение по раскаленным углям, ритуальное пение, действие Луны, истерия и, безусловно, сопровождающая ее гипервентиляция - дыхание углубленное и учащенное). И тут же в подсознании ищет мутации, наиболее полезные, вероятные, достоверные... "Экстатические состояния делают шамана медиумом и ясновидцем". Ведь к помощи шамана прибегают для разрешения самых тяжелых жизненных ситуаций.
Он должен безошибочно указать, кто убил охотника, где найти пропавшее стадо оленей. Показать соплеменникам свои колдовские способности, необычную силу в трансе, быстрое заживление ран... С ошибок шамана начинается его трагедия: изгнание из стойбища, из племени и тому подобное. И шаман ошибается редко.
Почему? Потому что его техника позволяет напрямую работать со всей мощью подсознания, которое в среднем больше мощности сознания в 105 раз. Но обходится шаману все это недешево - и постоянно разрушаемое стрессами, истерическими состояниями и гипервентиляцией легких при вхождении в транс (или в его процессе) здоровье, и травмы, и ранения при выходе из него.
"Пробуждение шамана от транса, - говорит Моуэт, - происходит иной раз чрезвычайно бурно. Он вскакивает на ноги, одержимый совершенно необъяснимой физической силой,.. полдюжины человек не могли удержать его; он может прорваться сквозь стену палатки и исчезнуть в темноте, а затем вернуться окровавленным и в последней степени изнеможения. Шаману, выходящему из транса, случается нанести себе телесные повреждения, которое было бы роковым для обыкновенного человека. Однако у шамана такие раны всегда заживают".
"Транс фуджийского шамана сопровождается стонами, вздутием вен. Прорицатель с вращающимися выпученными глазами, бледным лицом, с посиневшими губами, обливаясь потом, с видом совершенно бешеного человека высказывает совершено неестественным голосом волю божества. Эта одержимость часто сопровождается нервными припадками или некоторыми видами истерии...
Но являются ли болезненные процессы в душе стимулом для проявления некоторых высших способностей человека? Следует с большой осторожностью судить о шаманизме, ибо в нем, как и в других родственных явлениях, патология нередко соседствует с гениальностью и подлинным созерцанием незримого".

Как видим, кроме полученных от родительских генов способностей и упорного труда, для становления таланта в большинстве случаев нужен еще такой двигатель, как стресс. Люди сверхчувствительные, сильнострессируемые обычно более талантливы, чем менее чувствительные и менее стрессируемые.

Поэтому к неотъемлемым чертам талантливых людей надо обязательно добавить высокую стрессируемость и чувствительность нервной системы. Последняя всегда коррелирует с глубиной ума, у которого два главных параметра - глубина и скорость мышления.

Итак, разными путями, но к одному результату - мутациям в нейронных цепях мозга и связанным с ними информационным мутациям - приводят любые сильные воздействия на мозг и организм в целом:
- рабочий стресс, т. е. перегрузки, связанные с непосредственным выполнением работы, поставленной задачи, решением проблемы;
- любые сильные отрицательные эмоции, т. е. несчастная любовь, конфликтные ситуации, переживания по поводу болезней, несчастий, утрат и т. п.;
- любые состояния сильного возбуждения нервной системы, в том числе вдохновение, "сверхсознание";
- сильные воздействия различных химических веществ, в т. ч. алкоголя, наркотиков, различных ядов, особенно воздействующих на нервную систему, мозг;
- всевозможные сильные болезненные состояния, в т. ч. с повышением температуры;
- гипервентиляция (дыхание более глубокое и частое, чем в норме).

Относительно последнего воздействия: да, этим пользуются для вхождения в транс с необычными галлюцинациями после впадения в бессознательное состояние. Воздействие, очень разрушительное даже для здорового человека, а у больного может вызвать приступ болезни (астмы, гипертонии, стенокардии и пр.) и даже гибель. В экспериментах животные при подключении к аппарату искусственного дыхания погибают через 40 минут.
Не подумайте, что для генерации озарений и формирования талантливости я собираюсь призвать вас использовать весь этот арсенал вредных воздействий. Нет. Планируйте и используйте дозированный рабочий стресс, ну, еще, может быть, некоторые физические перегрузки.
Например, теоретикам давно известно, что максимальное время серьезной умственной работы - по хронометражу - составляет 4 часа в день за большой промежуток времени. При большой наработке наступают утомление, разлад организма. Полное рабочее время - с учетом отвлечения и других, менее напряженных работ, - будет при этом 6-8 часов. Чтобы получить рабочий стресс, доведите хронометражное время серьезной работы часов до 8-9, полное рабочее время составит тогда 12-14 часов. Выдержите себя в таком режиме 1-2 недели, стремясь получить максимальную трудовую эффективность и решение ранее не поддавшихся проблем. Если требуемое решение не придет - бросьте все, уйдите в полный, расслабленный отдых или добавьте несколько дней тяжелых физических перегрузок, но потом обязательно - отдых... 2-3 или даже несколько дней. А далее приступайте к вспоминанию своих проблем. Тут наступает момент самый важный - надо суметь разглядеть появившиеся информационные мутации, не спугнуть их, не забыть мелькнувшую мысль. Для этого вы должны уже вспомнить все тонкости проблемы, но быть еще предельно свежим (ни резкого разговора, ни капли спиртного, ни кофе, ни крепкого чая, ничего беспокоящего и утомляющего). Мозг должен быть предельно свежим, голова ясной, и тогда мысли начинают течь легко и свободно... особенно, если это происходит на свежем воздухе.
Именно этот этап или момент в формировании озарения когда-то великолепно описал немецкий физиолог Г. Гельмгольц в своей знаменитой речи в ноябре 1891 года: "Попадая довольно часто в то неприятное положение, где приходится ждать... проблесков, я приобрел некоторый опыт насчет того, когда и где они ко мне являлись... Эти счастливые наития нередко вторгаются в голову так тихо, что не сразу заметишь их значение; иной раз только случайность укажет впоследствии, когда и при каких обстоятельствах они приходили, а не то - мысль в голове, а откуда она - не знаешь сам. Но в других случаях мысль осеняет вас внезапно, без усилия, как вдохновение. Насколько могу судить по личному опыту, оно никогда не рождается в чистом мозгу и никогда - за письменным столом. Каждый раз мне приходилось всячески переворачивать мою задачу на все лады, так что все ее изгибы и сплетения залегали прочно в голову... Затем, когда прошло наступившее утомление, требовался часок полной телесной свежести и чувства спокойного благосостояния - и только тогда приходили хорошие идеи... Особенно охотно приходили они... в часы неторопливого подъема по лесистым горам в солнечный день. Малейшее количество спиртного напитка как бы отпугивало их прочь... Менее приятна была оборотная сторона, когда спасительные мысли не являлись. Тогда по целым неделям, по целым месяцам я мучился над трудным вопросом".
Да, для вывода рождающихся мыслей, их осознания лучше всего использовать прогулку на свежем воздухе. Вспомните, как было у Гейзенберга: едва лишь что-то пообещавшая мысль (но еще ничего конкретного!) появилась, он вскочил среди ночи и помчался в парк, на свежий воздух, чтобы хорошенько все обдумать.
Остальное из перечисленных выше воздействий так или иначе случается в жизни и помимо воли человека: и выпивки которых не хотел, и несчастная любовь, и болезни, и многое другое - переживаний хватает. Но коль уж что-то случилось, - это целесообразно использовать для решения проблем, в спокойной жизни не решаемых. Переживая несчастье, заставьте себя "врубиться" в свою проблему, штурмуйте ее, постарайтесь вогнать себя в рабочий стресс. Будет двойная польза - от новой доминанты (рабочей) будет слабеть старая, вызывающая переживания и разрушение организма (в первую очередь, иммунной системы и мозга), а от информационных мутаций пойдет генерация сильных идей, помогающих неординарно решать вашу задачу.

Итак, стресс - один из необходимых двигателей творческого процесса.
Вспомним, к примеру, великого Хемингуэя, его бурную жизнь: ел, пил, спал, работал - сколько хотелось, или не ел, не пил, не спал, не работал вовсе. Любил побеждать, играя со смертью, семь раз был на краю гибели, его тело украсили около двухсот шрамов. Все пережитое, несомненно, своими стрессами стимулировало яркое писательское творчество, формировало его талант двояко: собственно стрессами и изложением лично пережитого, отливавшегося в его книгах и делавшего повествование столь увлекательным.
Но была в этой жизни одна особенность - алкоголь, практически необузданное пьянство. И если в начале жизни это дало определенный окрас его таланту, то дальше лишь угнетало его. К середине жизни он обычно выпивал за день полторы бутылки виски. И папаше Хему, да и окружающим, при его габаритах и массе подобная доза не казалась чрезмерной. И все сходило с рук, и чувствовал себя неплохо, и с делами справлялся, и творил. Но вскоре виски сделало свое дело - организм, утративший около половины нейронов, медленно, но неизбежно разрушался.
Сначала - банальная гипертония, захромало зрение - близорукость, осложненная астигматизмом. Потом дважды переболел желтухой; возникшая печеночная недостаточность доставила ему немало хлопот и волнений. Пришлось-таки прислушаться к голосу собственного здравого смысла и врачам. Отказ от алкоголя давался уже трудно. Преследовали приступы тяжелой депрессии. Далее к ставшим привычными головным болям присоединились, как это часто бывает, боли в травмированном позвоночнике; появились сердечная аритмия, бессонница. Но все это было не самым страшным в его жизни. Самое страшное - он часами не мог заставить себя писать, творчество стало мучительно трудным, невыносимой мукой - удел, неизбежный для всех пьяниц. Дело усугубилось лечением электрошоком, после чего он уже не мог написать кряду и нескольких строк. А без творчества жизнь для него не имела смысла, и побежденный 62-летний писатель выстрелил в себя из любимого карабина.

Алкоголь воздействует на мозг так.
Начиная с очень малых концентраций (пороговая норма - 100 г пива) идет коагуляция (слипание) эритроцитов. Такие комочки закупоривают мелкие капилляры. Возникает кислородное, вообще кровяное, голодание участков мозга, питающихся кровью от закупоренного капилляра. Дальше три исхода - тромбик быстро рассасывается - опьянение проходит, капилляр лопается или надолго остается закрытым - участочек мозга, оставшийся без питания, погибает и потом заменяется соединительной тканью.
Мозг пьющего человека в разрезе - сплошная мозаика; если пить всего по 100-200 г водки в день, через 20-30 лет остается примерно половина нейронов, вместо умерших - соединительная ткань. Пьющие люди, как известно, в начале жизни и своего пьянства могут стать весьма талантливыми и успевают создать немало шедевров, но далее мозг разрушается настолько, что человек может выполнять лишь простейшие функции, талант гибнет раньше самого человека.

Бывает и наоборот. Вспомним Есенина, его "Черного человека" ("Толь, как рощу в сентябрь, осыпает мозги алкоголь"), расстроенную психику и гибель при еще живом и сильном таланте. Гибель физическая определила гибель творческую.
Еще одно следствие. В работе "Происхождение семьи, частной собственности и государства" Ф. Энгельс отметил, что длительность любви у мужчин обычно меньше, чем у женщин. Тогда указать причину этой разницы было невозможно. Теперь можно объяснить это так. В среднем, статистически, из-за большей стрессируемости мужчины любят более бурно, страстно, но короче, так как в состоянии стресса человек не может находиться бесконечно долго. Неизбежно наступает адаптация, страхующая организм и мозг от чрезмерного истощения... Доминанта
любви оказывается слишком сильной, возбуждение настолько "разливается" вокруг области этой доминанты в коре больших полушарий мозга, что реакции влюбленного становятся неадекватными ситуациям, почему и говорят, что влюбленные глупеют. От перевозбуждения в области доминанты, видимо, "рвутся" связи между нейронами, начинается спасительная адаптация. Женщины же в силу меньшей стрессируемости любят спокойнее и потому дольше.

Вот я и рассказал, насколько это было возможно в газетном материале, о некоторых совершенно новых (оригинальных) принципах генерации идей и механизмах формирования талантливости путем изменения нейронных структур мозга при длительных стрессах. Это и многое другое, а также масса фактического материала, доказывающего изложенное, плюс различные тонкости, - компромиссы и методы, позволяющие и идеи генерировать, создавая талантливые вещи, и не слишком терять здоровье при этом, да еще и замедлять старение, - будет изложено в моей книге. То, что здесь сказано одним предложением или абзацем,а потому может представляться несколько голословным, там развернуто в параграфы, разделы, главы.

Владислав Фионик.

МЕТОДЫ ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ МЫШЛЕНИЯ

Методы психологической активизации творческого мышления направлены на устранение, так называемой психологической инерции мышления, препятствующей более всестороннему рассмотрению проблемы.

Эти методы позволяют значительно увеличить число выдвигаемых идей и повышают производительность этого процесса. Однако, для решения сложных креативных задач, в основе которых заложены противоречия, эти методы малоэффективны. Для решения подобных задач необходимо применение методов направленного поиска, таких как Технология поиска бизнес-идей и ТРИЗ.

Вектор психологической инерции мышления.
Наиболее известные методы психологической активизации.

Мозговой штурм

Наиболее известным методом психологической активизации мышления является "мозговой штурм", предложенный А. Осборном (США) в 40-х годах. "Мозговой штурм" является коллективным методом поиска новых идей, основная особенность которого заключается в разделении участников на критиков и "генераторов"", а также разделение процесса генерации и критики идей во времени. Кроме этого "мозговой штурм" предусматривает выполнение ряда правил:
- Нельзя критиковать предлагаемые идеи, споры и обсуждения запрещаются.
- Приветствуются любые идеи, в том числе фантастические. Нет плохих идей.
- Поощряется развитие, усовершенствование и комбинирование чужих идей.
- Идеи следует излагать кратко, не прерывать эстафету идей.

Главная цель - получить как можно больше идей.

Обязательными условиями проведения "мозгового штурма" является создание благоприятных условий для преодоления психологической инерции и боязни высказывать нелепые идеи из-за боязни их критики, привлечение в группу специалистов различного профиля, склонность их к творческой работе. Руководителем группы (ведущим) должен быть специалист по методам технического творчества.

"Мозговой штурм" достаточно универсальный метод, применение которого возможно в науке, технике, административной, торговой и рекламной деятельности.

Обратная мозговая атака.

Одной из разновидностей "мозгового штурма" является "Обратная мозговая атака". Здесь процесс поиска решений разделен на три этапа. На первом этапе выявляются все возможные недостатки совершенствуемого объекта. На основании этих недостатков формулируются задачи. Вторым и третьем этапом являются этапы обычного "мозгового штурма". Таким образом, отражая более полно недостатки объекта, удается находить большее число идей по его совершенствованию.

Корабельный совет

Еще одним коллективным методом психологической активизации мышления является "Корабельный совет". В этом методе также, как при "мозговом штурме", преследуется цель максимально использовать опыт, знания и фантазию участников совещания. Однако правила проведения этого совещания несколько отличаются от правил, характерных для "мозгового штурма". Вот основные из них:
- Высказываться по проблеме должны все.
- Порядок и очередность выступлений устанавливает капитан - от юнги к капитану, от младшего к старшему.
- Вопросы задает только капитан. Участники совещания могут критиковать и защищать идеи только по команде капитана.
- Все участники совещания должны критиковать, а затем и защищать идеи отобранные капитаном, в том числе и свои собственные.
- Итоги работы Совета подводит капитан.

Таким образом основная суть этого метода заключается в строгом выполнении заранее установленных правил совещания. Успех работы совещания главным образом зависит от умения руководителя создать спокойную деловую и творческую обстановку, стимулирующую участников на активный поиск решения проблемы.

Такой вид творческого совещания как "Корабельный совет" обычно используется в коллективе, не обладающем опытом и навыками проведения "мозгового штурма". Тем не менее этот метод оказывается достаточно эффективным при решении проблем в условиях дефицита времени и информации.

Аналогии Синектика
Приемы использования аналогий относятся к методам психологической активизации творческого мышления. Наиболее интересным методом, использующим аналогии, является "Синектика" – метод решения проблем группой специалистов, широко использующих различные типы аналогий. Этот метод был предложен У. Гордоном (США) в 1952 году. Он основан на свойстве человеческого мозга устанавливать связи между словами, понятиями, чувствами, мыслями, впечатлениями, т. е. устанавливать ассоциативные связи. Это приводит к тому, что отдельное слово, наблюдение и т. п. могут вызвать в сознании воспроизведение раннее пережитых мыслей, восприятий, и "включить" богатую информацию прошлого опыта для решения поставленной задачи. Аналогия является хорошим возбудителем ассоциаций, которые в свою очередь стимулируют творческие возможности. Известно много примеров аналогий, среди которых можно отметить следующие:
- Прямая аналогия, в соответствии с которой осуществляется поиск решений аналогичных задач, примеров сходных процессов в других областях знаний с дальнейшей адаптацией этих решений к собственной задаче.
- Личная аналогия предлагает представить себя тем объектом, с которым связана проблема, и попытаться рассуждать о "своих" ощущениях и путях решения проблемы.
- Символическая аналогия отличается тем, что при формулировании задачи пользуются образами, сравнениями и метафорами, отражающими ее суть. Использование символической аналогии позволяет более четко и лаконично описать имеющуюся проблему.
- Фантастическая аналогия предлагает ввести в задачу фантастические средства или персонажи, выполняющие то, что требуется по условию задачи. Смысл этого приема заключается в том, что мысленное использование фантастических средств часто помогает обнаружить ложные или избыточные ограничения, которые мешают нахождению решения проблемы.

На начальном этапе "Синектики" аналогии используются для наиболее четкого выявления и усвоения участниками сути решаемой проблемы. Происходит отказ от очевидных решений. Затем в процессе специально организованного обсуждения определяются главные трудности и противоречия, препятствующие решению. Вырабатываются новые формулировки проблемы, определяются цели. В дальнейшем при помощи специальных вопросов, вызывающих аналогии, осуществляется поиск идей и решений. Полученные решения подвергаются оценке и проверке. При необходимости происходит возврат к проблеме для повторного ее обсуждения и развития полученных ранее идей.

Для успешного использования аналогий в решении творческих задач требуется специальная подготовка, а также способность человека к фантазии и образному мышлению.

Оператор РВС

Существуют методы психологической активизации творческого мышления, которые можно использовать как при коллективном, так и при индивидуальном поиске новых идей.
К таким методам относится, например, "Оператор РВС (Размер, Время, Стоимость)". Суть метода заключается в мысленном изменении условий решаемой задачи. Предлагается рассмотреть задачу при мысленном изменении от нуля до бесконечности сначала размера совершенствуемого объекта, а затем временных и стоимостных факторов. В результате существенным образом изменяются представления о решаемой задаче и могут появиться совершенно неожиданные идеи, навеянные новым взглядом на проблему.

Метод маленьких человечков

Этот метод широко применяется в ТРИЗ (Теория решения изобретательских задач)
Суть метода состоит в том, чтобы представить объект в виде множества (толпы) маленьких человечков. Такая модель сохраняет достоинства эмпатии (наглядность, простота) и не имеет присущих ей недостатков (неделимость человеческого организма).
Техника применения метода сводится к следующим операциям:
- Необходимо выделить часть объекта, которая не может выполнять требования задачи и представить эту часть в виде маленьких человечков.
- Разделить человечков на группы, действующие (перемещающиеся) по условиям задачи.

Полученную модель надо рассмотреть и перестроить так, чтобы выполнялись конфликтующие действия.

Немецкие ученые разрабатывают интерактивный головной дисплей

Немецкие ученые разрабатывают интерактивный головной дисплей

Немецкие ученые заняты разработкой специальных очков, позволяющих транслировать изображение на радужную оболочку глаза. Устройство будет подключаться к портативному компьютеру и сможет не только выводить на экран информацию, но и реагировать на отдаваемые пользователем команды.

Для современных дизайнеров, киношных спецагентов и пилотов реактивных самолетов подобные очки, также именуемые головными дисплеями или HMD (head-mounted display), являются привычными рабочими инструментами. Они переносят пользователя в виртуальную реальность или предоставляют необходимые данные из реального мира. К сожалению, ни один из существующих дисплеев не предусматривает возможности ввода данных. «Мы хотим сделать указанные устройства интерактивными, что позволит существенно расширить список областей их применения», - объясняет доктор Майкл Шоллес (Michael Scholles), сотрудник института Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems.

Группа ученых из института device устройства, которое позволит пользователям управлять просмотром, изменяя направление взгляда или фиксируя взгляд на специфическом участке изображения. Не пользуясь никакими другими устройствами для ввода данных, обладатель таких очков сможет, к примеру, перелистывать страницы документа, взаимодействовать с интерфейсными меню или приближать элементы изображения для более внимательного рассмотрения. Инженерам удалось реализовать систему, способную выводить на дисплей изображения и отслеживать направление взгляда пользователя в виде отдельного CMOS-чипа.

Это гарантирует предельную компактность, легкий вес и относительно невысокую стоимость будущего решения. Размеры чипа CMOS, лежащего в основе устройства, составляют всего лишь 19.3 на 17 миллиметров, что позволяет без труда разместить его за дужками очков. А микродисплей на базе органических светодиодов гарантирует яркость и отчетливость демонстрируемой картинки независимо от окружающих условий. Разработка может использоваться в самых разных отраслях. К примеру, хирург сможет получать жизненно важную информацию о текущем состоянии пациента, не прерывая операции. Инженерам, принимающим участие в строительстве, будет предоставлен быстрый доступ к подробным чертежам. А специалисты центра технической поддержки смогут быстро предоставить клиенту подробную инструкцию по установке продуктов и устранению возникших неисправностей. О сроках коммерциализации предлагаемого решения будет сообщено дополнительно.

Мозговые интерфейсы.

Для того, чтобы при помощи одной только ментальной энергии поднять стакан на несколько футов, волшебникам приходилось тренироваться по несколько часов в день. Иначе принцип рычага легко мог выдавить мозг через уши.

Терри Пратчетт, "Цвет Волшебства"

Очевидно, венцом человеко-машинного интерфейса должна стать возможность управления машиной одним только усилием мысли. А получение данных прямо в мозг - это уже вершина того, чего может достичь виртуальная реальность. Идея эта не нова и уже много лет фигурирует в самой разнообразной фантастической литературе. Тут и практически все киберпанки с прямым подключением к кибердекам и биософтами. И управление любой техникой посредством стандартного мозгового разъема (например, у Сэмюэля Дэлани в романе "Нова"), и масса всяких других интересных вещей. Но фантастика - это хорошо, а что делается в реальном мире?

Оказывается, разработка мозговых интерфейсов (BCI или BMI - brain-computer interface и brain-machine interface) идет полным ходом, хотя об этом мало кто знает. Конечно, успехи весьма далеки от того, про что пишут в фантастических романах, но, тем не менее, они вполне заметны. Сейчас работы над мозговыми и нервными интерфейсами, в основном, ведутся в рамках создания различных протезов и устройств для облегчения жизни частично или полностью парализованным людям. Все проекты можно условно поделить на интерфейсы для ввода (восстановление или замена поврежденных органов чувств) и вывода (управление протезами и другими устройствами). Над двунаправленными системами взаимодействия с мозгом, насколько я знаю, не работает пока никто. Еще один важный критерий, по которому можно разделить существующие разработки, - степень травматичности, то бишь, необходимость хирургического вмешательства. Во всех случаях прямого ввода данных необходимо производить операцию по вживлению в мозг или нервы электродов. В случае вывода можно обойтись внешними датчиками для съема электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Впрочем, ЭЭГ - инструмент достаточно ненадежный, поскольку череп сильно ослабляет мозговые токи и получить можно только очень сильно обобщенную информацию. В случае вживления электродов можно снимать данные непосредственно с нужных мозговых центров (например, двигательных). Но такая операция - дело нешуточное, так что пока эксперименты ведутся только на животных. Однако, перейдем к живым примерам.

Ввод

Сначала поговорим о вводе информации. Уже достаточно давно созданы и используются такие устройства, как слуховые имплантанты (cochlear implant, также известный как улитковый имплантант), предназначенные для восстановления слуха у людей с частично поврежденным слуховым нервом (то есть для тех, кому обычный слуховой аппарат уже не поможет). Действует это устройство следующим образом - во внутреннее ухо вживляется массив электродов (до нескольких десятков штук), которые электрическими импульсами раздражают уцелевшую часть слухового нерва и таким образом создают в мозгу ощущение звука. Коробочка с электроникой, генерирующей эти импульсы, вживляется в черепную кость за ухом. Сигналы на нее подаются с микрофона и специального речевого процессора через индукционную катушку.

Схема установки слухового имплантанта

Устройство, конечно, не полностью восстанавливает слух, но большинство прооперированных начинают воспринимать на слух речь и слышать окружающие звуки. Некоторые даже могут свободно говорить по телефону и слушать музыку.

Первые эксперименты по воздействию на слуховой нерв электрическими импульсами с целью восстановления слуха проводились еще в 50-х годах. В 70-х начали делать первые пробные операции по вживлению слуховых имплантантов, а в начале 80-х появились первые коммерческие устройства, и операции по их вживлению превратились из экспериментальных во вполне рутинные. Сейчас разработка и производство слуховых имплантантов уже стали самостоятельной частью медицинского бизнеса и занимается этим несколько десятков различных фирм. Так что эту технологию можно считать вполне сформировавшейся.

Более сложную задачу представляет собой ввод в мозг зрительной информации и создание зрительных протезов. В первую очередь, это связано со значительно более сложной организацией зрительных центров, по сравнению со, скажем, слуховыми. Как выяснилось, для передачи более-менее правдоподобного звукового ощущения достаточно использовать порядка 20-30 каналов одновременно (причем, большее влияние на качество звука оказывает даже не количество каналов, а правильное расположение соответствующих электродов). А сколько каналов надо, чтобы передать хотя бы примитивную картинку в VGA-разрешении - 320x240 получается 76 тысяч пикселов, и вживить такой массив электродов в мозг пока просто нереально. Но работы ведутся. В частности, Добеллевским институтом (Dobelle Institute, www.dobelle.com) еще с 70-х годов разрабатывается система искусственного зрения Artificial Vision System, предназначенная для восстановления зрения у слепых. Система эта представляет собой миниатюрную видеокамеру, закрепленную на оправе очков.

Сигнал с камеры обрабатывается портативным компьютером и передается на разъем, вмонтированный в задней части черепа пациента.

Оттуда он, при помощи имплантированных электродов, поступает непосредственно в область мозга, отвечающую за зрение (visual cortex). Конечно, о полном восстановлении зрения речь не идет - пациенты видят только что-то вроде белых точек, очерчивающих предметы (так называемые phosphenes). Однако, научившись интерпретировать даже такую неполную визуальную информацию, некоторые из них уже могут свободно перемещаться по помещению и даже медленно водить машину (правда, только на территории института). Скорость обновления кадров составляет от 1 до 5 в секунду. Операция уже проводится коммерчески и оценивается примерно в $120K. Надо сказать, что данная технология позволяет вернуть зрение только людям, потерявшим его в результате несчастных случаев - то есть тех, кто уже "умел видеть" раньше.

Первая имплантация такого зрительного протеза была проведена еще в 1978 году, однако это была, скорее, проверка идеи на практике (компьютер, обрабатывающий изображение, тогда занимал почти целую комнату и ни о какой мобильности речь даже не шла, да и картинка состояла всего из нескольких точек). В 2000 году была произведена имплантация улучшенной системы другому пациенту - в этом случае массив электродов позволял формировать порядка 60 точек, что значительно улучшило картинку. В последних операциях, проведенных в Dobelle Institute в 2002-2003 годах, использовались два массива электродов (242 электрода в каждом), имплантированных в оба полушария мозга. Такая система уже позволяет получить картинку, состоящую из нескольких сотен пикселов (предположительно, матрицу 15 на 15). Вообще же считается, что для создания более-менее приличной зрительной картины необходимо хотя бы порядка 1000 пикселов (то есть матрица 30 на 30) и не меньшее количество электродов. Насколько это возможно, покажет время. Но у такой системы есть один несомненный плюс - к ней можно подключить не только простую камеру, но и инфракрасную, ультрафиолетовую, рентгеновскую... Насколько при этом расширятся возможности зрения, трудно даже представить.

Впрочем, Dobelle Institute - не единственное место, где пытаются вводить в мозг визуальную информацию. Порядка десяти других крупных исследовательских групп разрабатывают более-менее аналогичные технологии. Познакомиться с их списком и достижениями можно по адресам www.bioen.utah.edu/cni, www.biomed.brown.edu/Courses/BI108/ BI108_1999_Groups/Vision_Team/Vision.htm. Основные различия заключаются в типе имплантируемых электродов. В случае Dobelle Institute электроды просто накладывались на поверхность мозга и для стимуляции необходимо было подавать достаточно высокие напряжения (порядка 10 вольт, ток несколько миллиампер), что могло спровоцировать припадки наподобие эпилептических. Разрабатываемое, например, в университете Юты устройство должно проникать в мозг на глубину нескольких миллиметров. При этом необходимая сила тока падает до десятков микроампер. Но тут уже возникают трудности с созданием подходящих массивов проникающих электродов и их имплантацией.

Другие возможные способы ввода визуальной информации в мозг - через стимуляцию зрительного нерва или сетчатки. Первым способом особых результатов пока добиться не удалось. Группа ученых из бельгийского University catholique de Louvain имплантировала добровольцу электроды, стимулирующие зрительный нерв, и подтвердила возможность генерировать с его помощью все те же светящиеся точки (phosphenes). Однако управлять изображением им не удалось. С сетчаточными имплантантами дело обстоит лучше. Вот два, пожалуй, самых известных проекта.

В 2000 году группа из университета Иллинойса (University of Illinois) и Чикагского медицинского центра (Chicago Medical Center) провела первую операцию по вживлению в глаза пациентов микросхем искусственной сетчатки. Собственно говоря, искусственная сетчатка - это слишком громко сказано. Пока что группа, состоящая из доктора Алана Чоу (Alan Chow), Голама Пеймана (Gholam Peyman) и Хосе Пулидо (Jose Pulido), имплантировала под сетчатку пациентов (больных retinitis pigmentosa, вызывающей потерю фоточувствительных клеток сетчатки и, как следствие, практически полную потерю зрения) кремниевую микросхему (диаметр около 2.5 миллиметров, толщина 0.002 мм), содержащую порядка 3500 фоточувствительных ячеек (наподобие солнечной батареи). Надо заметить, что имплантант не требует внешнего питания или сигналов, так как электрические импульсы вырабатываются им самим под воздействием попавшего в глаз света (как и в естественных фоторецепторах). Имплантант также не подключается к глазному нерву, а должен стимулировать собственную сетчатку пациента (фактически, только заменять отмершие фоторецепторы). Исследовательская группа вскоре преобразовалась в фирму Optobionics (www.optobionics.com), занимается дальнейшей разработкой своей искусственной сетчатки (она так и называется - Artificial Silicon Retina) и провела операции по ее вживлению 10 пациентам. У всех прооперированных резко улучшилось зрение и не наблюдается никаких побочных последствий вроде инфекций или отторжения имплантанта.

Более интересные проекты разрабатываются в Университете Джона Хопкинса, в MIT, в Гарварде, а также компанией Second Sight (www.2-sight.com) и еще несколькими институтами. Все эти организации работают над созданием так называемого epi-retinal имплантанта, который должен находиться непосредственно на поверхности сетчатки. В остальном, принцип действия очень похож на Artificial Silicon Retina. Массив электродов точно так же стимулирует клетки сетчатки, создавая таким образом изображение. Правда, дальше начинаются отличия. Исходная картинка во всех этих проектах регистрируется внешней видеокамерой, затем обрабатывается компьютером и потом передается на имплантант. Передача во всех случаях предусматривается беспроводная - либо засветка фотодиодов лазером (лазер при этом должен находиться непосредственно перед глазом, например, в очках), либо по радио.

Вот так должен работать сетчаточный имплантант Second Sight

Пока что был испытан только прототип разработки Second Sight. Он представлял собой микросхему размером 5х5 мм, содержащую массив из 16 электродов. Данные на устройство передавались с имплантированного в череп за ухом приемника. Получивший такой имплант доброволец действительно смог видеть световые точки и даже различать отдельные статические предметы - так что опыт оказался вполне успешным. Но об имплантировании устройств высокого разрешения речь пока не идет. И все же, возможно, "цейсовские глаза" не так уж далеки от реальности.

Это были, как я уже сказал, наиболее интересные проекты по вводу информации в человеческий мозг. А в следующий раз поговорим о том, как можно вывести информацию из мозга и использовать ее для управления различными устройствами.

Итак, как же можно управлять компьютером исключительно силой мысли? Оказывается, очень даже легко. Собственно, проблемой управления внешними устройствами при помощи одного только мозга начали заниматься очень давно. Еще в 1967 Эдмонд Деван (Edmond Dewan) проводил эксперименты по считыванию управляющих сигналов с мозга с помощью электроэнцефалографа. Испытуемые научились до определенной степени контролировать амплитуду мозгового альфа-ритма и таким образом передавали отдельные буквы при помощи азбуки Морзе. Первым словом, переданным таким образом на телетайп, было слово "кибернетика". Определенно, назвать мозговым или нервным интерфейсом созданное Деваном устройство нельзя, но оно продемонстрировало возможность осмысленного управления внешним устройством при помощи одной только мысли. Вскоре после этого, в 70-х годах, американское оборонное агентство DARPA (известный рассадник новых технологий) начало исследования по применению техники мысленного контроля для управления боевыми самолетами. Речь тут шла даже не об управлении, а о мониторинге ментального состояния пилота и подстройке самолета под это состояние. Однако через некоторое время работа была остановлена, поскольку тогдашняя электроника не позволяла достичь сколько-нибудь приемлемого практического результата.

Вывод

А теперь посмотрим, насколько успешно удается выводить мозговые сигналы "наружу" и целенаправленно использовать их для управления техникой. Самая, пожалуй, свежая новость на этом фронте - эксперименты с обезьянами в Университете Дьюка (Duke University). Суть экспериментов такая - в двигательные центры мозга обезьяны были вживлены электроды (около 100), регистрирующие его активность. Затем обезьянам была задана относительно простая задачка: при помощи джойстика навести на экране компьютера курсор на заданную точку и потом, сжимая джойстик (он был оборудован датчиком давления), увеличить курсор до заданного размера. Все мозговые импульсы во время выполнения этих заданий записывались и анализировались. За удачное выполнение задания обезьяну награждали глотком вкусного сока. А затем началось самое интересное - джойстик отключили, а передвижения курсора управлялись только мозгом обезьяны. Причем через некоторое время обезьяна это поняла и перестала обращать внимание на джойстик и вообще пользоваться рукой. Курсор она при этом наводила вполне успешно.

Этот эксперимент проводился еще в 2000 году. Основной его целью было сопоставить мозговые сигналы видимым движениям руки и суметь затем точно интерпретировать одну только мозговую активность в предполагаемое движение (причем, в реальном режиме времени). Сейчас эта работа получила свое логическое продолжение. Между компьютером, обрабатывающим мозговые сигналы, и дисплеем была включена механическая рука-манипулятор. Таким образом, обезьяна управляла манипулятором, который затем управлял курсором. Этот опыт прошел вполне успешно, причем обезьяна довольно быстро приспособилась к запаздыванию, которое вызывала инерция руки, и практически стала воспринимать механизм как продолжение своего тела. Ознакомиться с результатами этого исследования можно по адресу www.plosbiology.org/pips/plbi-01-02-carmena.pdf.

Кстати, аналогичный эксперимент с человеком был проведен еще в 1997 году в Университете Элмори. Там имплантировали электроды в двигательные центры нескольких полностью парализованных пациентов (в том числе потерявших способность говорить). Пациенты со временем научились передвигать курсор по экрану компьютера и таким образом общаться с врачами (например, выбирая на экране одну из простых фраз). Имплантант передавал информацию по радио, а питание получал через индукционную катушку прямо через череп - то есть никаких разъемов и проводов. Почитать об этом проекте можно здесь: www.emory.edu/WHSC/HSNEWS/releases/feb99/022399brain.html.

Однако, несмотря на успехи вышеописанной методики, большинство других исследователей все-таки предпочитает не влезать в голову пациенту до такой степени. Поэтому для считывания сигналов, в основном, используется электроэнцефалограмма с последующей обработкой. Например, исследователи из Швейцарского института Dalle Molle и испанского Центра биомедицинских исследований создали прототип кресла-каталки, управляемого силой мысли. Прототип представляет собой колесный робот, связанный с оператором посредством шапочки с электродами и обрабатывающий сигналы компьютера. Для управления используются сигналы электрической активности мозга (аналогично электроэнцефалограмме), так что никакого хирургического вмешательства и вживления электродов не требуется. Как выяснилось, за пару дней операторы научились генерировать вполне стабильные "состояния ума", четко распознаваемые системой и интерпретируемые роботом как команды "вперед", "влево" и "вправо".

Имеется и масса других аналогичных разработок, благо, для работы с энцефалограммами не требуются сложные операции на мозге. Правда, и сложность интерпретации сигналов заметно выше. Кстати, ежегодно даже проводится конкурс на наиболее работоспособный алгоритм обработки ЭЭГ на предмет выделения из нее требуемой информации. Почитать о нем можно здесь: ida.first.fhg.de/~blanker/competition.

Еще один интересный пример применения ЭЭГ продемонстрирован в институте биомедицинской инженерии в Граце (www-dpmi.tu-graz.ac.at). Там "чтение мыслей" при помощи ЭЭГ совместили с электростимуляцией мышц. В результате парализованный пациент смог до определенной степени восстановить контроль над своей рукой.

Пару слов насчет электростимуляции. Как известно, лапка лягушки сокращается под действием электрического тока. А если этот ток подавать с умом, то можно вызывать вполне контролируемый отклик мышц, до некоторой степени симулирующий их естественную работу.

Впрочем, использование ЭГГ уже давно вышло из чисто исследовательской стадии. Сейчас на рынке имеются, как минимум, три коммерческих устройства, позволяющих сопрягать энцефалограф и компьютер. Первой такую штуку под названием Interactive Brainwave Visual Analyser начала выпускать фирма IBVA (www.ibva.com) еще в 1991 году. Устройство предназначалось, в первую очередь, для людей творческих, поэтому сопутствующий софт был, в основном, сосредоточен на манипуляциях с графикой и звуком (сигналы можно было выводить в формате MIDI). Впрочем, можно было применять это устройство и для управления компьютером (хотя на это создатели, похоже, как раз не упирали) и для всяких достаточно нетривиальных вещей вроде технологий быстрого обучения (чтобы отслеживать состояние мозга в процессе и не терять концентрации) или решения конфликтов (сила воли вместо банального мордобоя).

Несколько позже появилось еще одно похожее устройство ввода, которое я опишу подробнее (поскольку все разработки очень похожи друг на друга и по устройству, и по способу функционирования). Итак, компания Brain Actuated Technologies (www.brainfingers.com) выпустила на рынок девайс под названием Cyberlink Interface. Cyberlink Interface берет управляющие сигналы с трех датчиков, размещенных на лбу пользователя (на модной головной повязке, как и у IBVA). Лоб выбран потому, что с кожи хорошо снимать биопотенциалы, вызванные работой мозга и связанной с ней активностью лицевых мышц. Всего таких сигналов снимается 14 - десять непрерывных (похожих на получаемые при электроэнцефалографии) и четыре дискретных (отслеживаются движения глаз влево/вправо и мускульная активность лица). Соответственно, можно получить вполне приличный набор средств управления курсором и подачи команд (настройку можно произвести на уровне драйвера, аналогичного драйверу мыши в Windows). С датчиков сигналы попадают в управляющий блок, где разделяются по частотам, обрабатываются DSP, и затем уже выделенные сигналы передаются по последовательному порту в компьютер, где интерпретируются драйвером. Представители фирмы утверждают, что во время испытаний люди, знакомые с таким интерфейсом, могли меньше чем за 4 секунды точно навести курсор на случайным образом появляющийся на экране квадрат размером 32х32 пиксела. Не мышь, конечно, но тоже неплохо. А вот скорость реакции в задачах, требующих нажатия кнопки мыши, у пользователей Cyberlink на 15% превосходила обычных "мышинистов". Предназначено это устройство, как видите, в первую очередь, для управления компьютером в качестве устройства ввода и нацелено на тех, кто не может работать с компьютером нормально. Стоит это устройство около $2000.

Итого, что же мы имеем. Технология прямого взаимодействия с компьютером пока что находится практически в зачаточном состоянии, однако активно развивается. Хотелось бы надеяться, что это развитие приведет к ощутимым результатам в ближайшие 10-20 лет. Тем более, что предпосылки для этого есть. Проблемы с обработкой сигналов более-менее решились с появлением мощных компьютеров. Миниатюризация электроники и развитие беспроводных интерфейсов вполне способны решить и проблемы с мобильностью таких устройств. Есть надежда, что успехи нанотехнологий и микромеханических устройств, наконец, позволят создать совершенно новое поколение электродов и технологий имплантации (например, самособирающиеся прямо в мозгу датчики). А там уже недалеко и до настоящих киборогов.