За последние десятилетия функциональная нейровизуализация перевернула всю когнитивную нейробиологию. И этот процесс продолжается по мере совершенствования методов и технологий. Существует несколько методов нейровизуализации, снимающих покров тайны с действующего человеческого мозга. Среди этих методов особенную популярность приобрела функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), но существуют и другие, например позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и оптическая нейровизуализация. Эти методы основаны на разных физических принципах измерения различных биологических переменных: для фМРТ это уровни оксигенации крови, для ПЭТ – уровни метаболизма глюкозы, а для оптической нейровизуализации – ближний инфракрасный диапазон светового излучения. Все они сделали возможным изучение закономерностей активации мозга у испытуемых, выполняющих задания познавательного характера во время сканирования. Этот метод называется функциональной нейровизуализацией активации, связанной с задачей. (В отличие от функциональной нейровизуализации «состояния покоя», о чем мы поговорим позднее в этой книге.)

Теперь предположим, что задание познавательного характера запускается как новое и субъект не знает, что с ним делать. Однако в процессе эксперимента задание постепенно становится все более знакомым, и субъект постепенно овладевает мастерством, необходимым для его выполнения. Весь эксперимент может занять 20–30 минут. На самом деле во многих подобных экспериментах используются фМРТ и ПЭТ. Задания, которые предлагаются в этих экспериментах, совершенно разные – вербальные и невербальные, вовлекающие восприятие и моторику, – но в большинстве экспериментов обнаружилась похожая закономерность изменения. Она заключается в следующем: по мере того как проходит новизна и субъект знакомится с заданием, активность правого полушария ослабевает, а активность левого – возрастает, по крайней мере относительно друг друга.

Это было весьма элегантно продемонстрировано Алексом Мартином и его коллегами из Национального института психического здоровья (NIMH) в исследовании с использованием ПЭТ. Испытуемых (здоровых в неврологическом плане людей) просили рассмотреть изображения реальных и нереальных объектов; прочитать про себя слова, обозначающие реальные и нереальные объекты; внимательно смотреть на экран телевизора, где демонстрируется «белый шум». Авторы вполне обоснованно предположили, что, каким бы ни был предыдущий опыт субъектов, ни один из них ранее не выполнял задания познавательного характера, лежа на спине под сканером. Это означало, что в начале каждого из пяти экспериментов задание было новым, но потом стало, по крайней мере в чем-то, знакомым. Каким же было влияние на мозг подобного ознакомления? Чтобы ответить на этот вопрос, в каждом из пяти экспериментов дважды выполнялась ПЭТ, в начале и в конце. И как вы думаете, каков был результат? Вне зависимости от природы стимула при первом сканировании активация была сильнее в височно-теменной области коры и мелиальной части височной доли правого полушария (когда задание было новым) по сравнению со вторым сканированием (когда задание стало знакомым)5.

Рис. 6.1. Висконсинский тест сортировки карточек (WCST). Каждая новая карточка помещается под одну из четырех, расположенных выше, на основании сходства цвета, формы или количества изображенных объектов

В эксперименте, который поставила моя бывшая студентка Василиса Скворцова, испытуемых сканировали при помощи МРТ, пока они выполняли Висконсинский тест сортировки карточек (WCST) (рис. 6.1). Это один из самых популярных нейропсихологических тестов, который используется в когнитивной нейробиологии для изучения здорового мозга, а также в клинической нейропсихологической практике для диагностики различных заболеваний мозга. Испытуемым показывают некоторое количество карточек с геометрическими фигурами, и они должны найти скрытый принцип классификации. Эксперимент начинается с игры на угадывание: субъект получает «правильный» или «неправильный» ответ на каждое предположение, и он должен сделать вывод о скрытом принципе на основании этих ответов. Но в задании скрыта уловка: принцип классификации меняется «на ходу», и это изменение происходит пять раз в течение эксперимента. Таким образом, от субъекта требуется открыть шесть принципов классификации. Субъекта заранее не предупреждают об изменении, и он должен перейти от старого к новому принципу классификации как можно быстрее, как только это изменение происходит. Как предполагается, легкость, с которой субъект способен выполнить задание, отражает степень его умственной гибкости6. Чтобы справиться с Висконсинским тестом, испытуемый должен выполнить две вещи: (1) понять, что во время эксперимента вообще происходят изменения принципа классификации, и (2) обнаружить каждый из шести принципов классификации.

Эксперимент Василисы был придуман для того, чтобы распознать механизмы работы мозга при столкновении с новизной познавательного характера. Поэтому Василиса сравнивала уровни активации в различных частях мозга на разных стадиях работы над заданием. Исходя из этого она провела два различных сравнения. В первом случае сравнивались изменение закономерности активации мозга, сопровождающее открытие общего принципа, со средним уровнем активации во время первых трех и последних трех сегментов задания. Во втором – сравнивалось изменение активации, сопровождающее открытие специфических категорий, со средними закономерностями активации в первой и второй половинах каждого из шести сегментов задания.

Результаты этого сравнения подтвердили, что правое полушарие особенно активно на ранних стадиях открытия как общего принципа, так и специфических правил Висконсинского теста, в полном соответствии с гипотезой новизны-привычности. Точнее, правые префронтальные области были активными на ранних стадиях «открытий» обоих типов, что опять возвращает нас к лобным долям (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Визуализация при помощи функциональной магнитнорезонансной томографии (фМРТ) во время выполнения Висконсинского теста сортировки карточек (WCST). (а) Области, более активные во время выполнения первых трех, чем последних трех категорий. (б) Области, более активные во время выполнения первой половины, чем второй половины каждой категории

Эти данные согласуются с другими, опубликованными в некоторых исследованиях с использованием фМРТ. По результатам работы Корбетты и Шульмана, правая вентролатеральная часть префронтальной коры является критической для переключения и перенаправления внимания к новой цели. В то же время левая вентролатеральная часть префронтальной коры играет важную роль в извлечении сводной, ранее полученной информации из долгосрочной памяти, в соответствии с идеей, о которой мы говорили в Главе 3, связывая левое полушарие с сохранением информации, поступившей ранее7. Согласно этим данным, «сеть внимания», которая, как предполагают, направлена во внешний мир, имеет более сильные связи и более специализирована в правом полушарии8.